Tab af gener impliceret i gastrisk funktion under næbdyr evolution

Tab af gener impliceret i gastrisk funktion under Platypus evolution
Abstract
Baggrund
ande-billed næbdyr (Ornithorhynchus anatinus
) tilhører pattedyr underklasse Prototheria, som afveg fra Theria linje tidligt i pattedyr evolution. Den Platypus genom sekvens giver en unik mulighed for at belyse nogle aspekter af biologi og evolution af disse dyr.
Resultater
Vi viser, at flere gener impliceret i fordøjelsen i mavesækken er blevet slettet eller inaktiveret i næbdyr. Sammenligning med andre hvirveldyr genomer viste, at de vigtigste gener impliceret i dannelsen og aktiviteten af ​​mavesaft er gået tabt i næbdyr. Disse omfatter aspartylproteaser pepsinogen A og pepsinogens B /C, saltsyre sekretion stimulerende hormon gastrin, og α-underenheden af ​​det gastriske H + /K + - ATPase. Andre gener impliceret i gastriske funktioner, såsom β underenheden af ​​H + /K + - ATPase og aspartylprotease cathepsin E, er blevet inaktiveret på grund af købet af tab af funktion mutationer. Alle disse gener er stærkt konserverede i hvirveldyr, hvilket afspejler et unikt mønster af evolution i Platypus genomet ikke tidligere er set i andre pattedyrgenomer.
Konklusion
Den observerede tab af gener involveret i gastriske funktioner kan være ansvarlig for den anatomiske og fysiologiske forskelle i mavetarmkanalen mellem Monotremer og andre hvirveldyr, herunder lille størrelse, manglende kirtler, og høj pH i kloakdyr mave. Denne undersøgelse bidrager til en bedre forståelse af de mekanismer, der ligger til grund for udviklingen af ​​Platypus genomet, kan forlænge de mindre er-mere evolutionær model til Monotremer, og giver nye indsigter i betydningen af ​​genet tab hændelser under pattedyr evolution.
Baggrund
Et vigtigt mål i sekventering af forskellige genomer er at identificere de genetiske ændringer, der er ansvarlige for de fysiologiske forskelle mellem disse organismer. I denne henseende har sammenligningen mellem humane og gnavere genomer identificeret en ekspansion i gnavere af gener, der er impliceret i befrugtning og sædmodning, værtsforsvar, lugt perception, eller afgiftning [1-3], bekræfter på det genetiske niveau de fysiologiske forskelle i disse processer mellem mennesker og gnavere. Derudover har udviklingen af ​​specifikke biologiske processer i evolutionen, f.eks produktion af mælk i pattedyr, er blevet ledsaget af fremkomsten af ​​hidtil ukendte gener, der er impliceret i disse hidtil ukendte funktioner, såsom kasein og α-lactalbumin [4]. Derfor ser det ud til, at erhvervelsen af ​​nye fysiologiske funktioner under hvirveldyr evolution har været drevet af den generation af nye gener, der er tilpasset disse nyere funktioner. Men selv om gen-gevinster udgør en intuitiv mekanisme til udvikling af nye biologiske funktioner, gen tab har også været vigtigt under evolutionen, både kvantitativt og kvalitativt [5-9]. Den nylige tilgængelighed af talrige hvirveldyr genomer har åbnet mulighed for at udføre storstilet evolutionær analyse for at identificere differentierede gener der er ansvarlige for de specifikke forskelle i bestemte biologiske processer.
Ande-billed næbdyr (Ornithorhynchus anatinus
) repræsenterer en værdifuld ressource for optrevling de molekylære mekanismer, der har været aktive under pattedyr evolution, både på grund af sin fylogenetiske position og tilstedeværelsen af ​​unikke biologiske egenskaber [10]. Sammen med echidnas, næbdyr udgør Monotremata underklasse (prototherians); dette er en af ​​de to underklasser i hvilke pattedyr er opdelt, sammen med therians, som er yderligere opdelt i Pungdyr (metatherians) og placentale pattedyr (eutherians) [11]. Fremkomsten af ​​pattedyr-specifikke karakteristika såsom homeothermy, tilstedeværelse af pels, og mælkekirtler gør denne organisme et centralt element i at belyse de genetiske faktorer, der er impliceret i udseendet af disse biologiske funktioner. Men da den sidste pattedyr fælles forfader, mere end 166 millioner år siden (MYA) [12, 13], har andre karakteristika opstået, såsom tilstedeværelsen af ​​gift kirtler eller electroreception, og nogle hvirveldyr egenskaber er gået tabt, hvilket resulterer i fravær af voksne tænder eller en funktionel mave [14, 15].
i dette arbejde viser vi, at der er sket en selektiv deletion og inaktivering i Platypus genomet af adskillige gener, der er impliceret i aktiviteten af ​​maven, herunder alle gener, der koder pepsin proteaser, der er involveret i den indledende spaltning af proteiner i sure pH i maven, såvel som de gener, der er nødvendige for sekretionen af ​​syre i dette organ (figur 1). Tabet og inaktivering af disse gener giver en molekylær grundlag for at forstå de mekanismer, der er ansvarlige for den manglende i Platypus af en funktionel mave, og udvide vores viden om udviklingen af ​​pattedyr genomer. Figur 1 Skema af eutherian gastrointestinale system, der viser gastriske kirtler og specifikke celletyper. Proteiner udskilt af hver celletype og direkte impliceret i fordøjelsen er angivet, fremhæver i røde de proteiner, der er fraværende i næbdyr. * Gastrisk intrinsic faktor er produceret af parietalcellerne i mennesker, men i pancreas fra Monotremer og andre pattedyr.
Resultater og diskussion
Tab af pepsin gener i Platypus genom
Under den indledende annotation og karakterisering af næbdyr genom, bemærkede vi fraværet af adskillige proteasegener i denne organisme, der var til stede i andre pattedyrarter [2, 10]. De fleste af disse mistede protease gener koder medlemmer af hurtigt udviklende protease familier, herunder proteaser, der er impliceret i immunologiske funktioner, spermatogenesen eller befrugtning [2, 16]. når vi foretaget en yderligere detaljeret analyse af alle disse protease gener tabt i Platypus, bemærkede dog, at disse kodning tre store gastrisk aspartylproteaser (pepsinogen A, pepsinogen B, og gastricsin /pepsinogen C) var også fraværende fra Platypus genom samling . Disse proteaser er ansvarlig for den proteolytiske spaltning af kosten proteiner ved den sure pH i maven, og er blevet stærkt bevaret gennem evolutionen, fra fisk til pattedyr og fugle [17]. Generne, der koder disse proteaser (PGA Salg, PGB Salg, og PGC Salg) er beliggende i forskellige kromosomale loci, hvis overordnede struktur er også blevet godt konserveret i de fleste hvirveldyr genomer, herunder næbdyr (figur 2). Derfor forekom det usandsynligt, at deres fravær i næbdyr kan skyldes ufuldstændige genomet forsamling i en bestemt kromosomal region. Desuden analyse af mere end 2 millioner spor sekvenser ikke er til stede i forsamlingen og udtrykte sekvens tag (EST) sekvenser fra forskellige Platypus væv [10] også undladt at afsløre eksistensen af ​​nogen af ​​disse pepsinogen gener, styrke den hypotese, at de havde været specifikt deleteret i genomet af denne pattedyr. Figur 2 Sletning af pepsinogen-kodende gener i næbdyr genom. (A) Synteny kort over loci indeholdende PGB
og PGC
i hvirveldyr viser en stærk beskyttelse af de gener, der koder pepsinogen C og dets flankerende gener, med undtagelse af næbdyr, hvori PGC
specifikt har været slettet. Figuren viser også, hvordan genet kodende pepsinogen B optrådte i therians som følge af en overlapning af PGC
til en nærliggende locus, efterfulgt af en translokation. Den tilsvarende region i Platypus genomet mangler enhver pepsinogen-kodning gen. Funktionelle pepsinogen gener er farvet i blå, mens pepsinogen pseudogener er i rødt. For menneske og hund, som gennemgik en translokation af PGB
locus, er kromosomer angivet til venstre. Genomet sekvenser analyserede er fra Platypus (Ornithorhynchus anatinus
), menneske (Homo sapiens
), hund (Canis familiaris
), opossum (Monodelphis domestica
), firben (Anolis carolinensis
) , kylling (Gallus gallus
), og frøen (Xenopus tropicalis
). (B) Synteny kort over PGA
locus i forskellige hvirveldyr viser sletning af denne gastrisk protease gen i næbdyr genom. Bakterielle kunstige kromosomer (BAC'er) og fosmids anvendt i undersøgelsen er angivet øverst i hvert panel. . Gene farver og skala er de samme som i panelet en
For at undersøge denne mulighed nærmere, vi først sammenlignet den genomiske organisering af disse tre aspartylprotease gener - PGA
, PGB
og PGC
- i genomerne af human, hund, opossum, kylling, firben, og frog [18-21]. Det er velkendt, at generne, der koder pepsinogens have undergået flere udvidelser under hvirveldyr evolution, hvilket fører til tilstedeværelsen af ​​mindst tre til seks distinkte funktionelle medlemmer i genomerne af disse organismer (figur 2A). Derudover har en overlapning begivenhed i PGC
i therian afstamning resulterede i dannelsen af ​​PGB
, som synes at være funktionelle i opossum og hund, og i sidstnævnte har formentlig erstattet funktionen af ​​PGC
, som er blevet inaktiveret ved pseudogenization. Den loci indeholder disse pepsinogen gener er blevet stærkt bevaret gennem evolutionen, og deres flankerende gener er også perfekt konserveret i både rækkefølge og nukleotidsekvensen for vertebrate genomer (figur 2a).
Analyse af Platypus bakterielle kunstige kromosomer (BAC'er) og /eller fosmids svarende til disse regioner viste, at de gener, der flankerer pepsinogen gener i andre arter er konserveret og et kort til den tilsvarende syntenic region af næbdyr genom (figur 2). Men en DNA probe svarende til murine pepsinogen A undladt at hybridisere med de analyserede Platypus AKB eller fosmids spænder over regioner af interesse (se Ekstra datafil 1). Desuden komplet sekventering af næbdyr genomiske regioner flankeret af TFEB
og FRS3
samt ved C1orf88
og CHIA2
undlod at opdage eventuelle gener, der koder pepsinogen C eller pepsinogen B, hhv. Endvidere har der, for at teste den mulighed, at pepsinogen gener er blevet omsat til andre loci under Platypus evolution, en Southern blot-analyse med det samme probe blev udført ved anvendelse af totalt genomisk DNA. Denne analyse resulterede i fravær af hybridisering når genomisk DNA fra Platypus og en Echidna arter (Tachyglossus aculeatus
) blev anvendt, mens den samme sonde let påvises to hybridiseringsbånd i flere evolutionære fjerne arter såsom firben (Podarcis hispanica
) og kylling (data ikke vist).
Tilsammen indikerer disse data, at generne, der koder disse gastriske proteaser er specielt slettet i genomet af Monotremer, sandsynligvis resulterer i væsentlige forskelle i fordøjelsen af ​​kosten proteiner i disse arter sammenlignet med andre hvirveldyr.
Tab eller inaktivering af Platypus gener impliceret i mavesyre sekretion
Pepsinogens syntetiseres ved ledende celler i oxyntic kirtler i maven som inaktive precursorer, der bliver aktiveret, når de udsættes for den lave pH af mavevæske [22]. Udskillelsen af ​​saltsyre er stimuleret af den gastriske hormon gastrin, som frigives ved enteroendocrine G celler, der er til stede i pylorus kirtler i afhængighed af aminosyrer og fordøjede proteiner. At forsøge at forlænge ovennævnte konklusion om fraværet af pepsinogen gener i Platypus, vi næste vurderet muligheden for, at genet, der koder gastrin (GAST
) også kunne være fraværende fra Platypus genomet.
Efter komparativ genomisk analyse efter samme strategi som i tilfældet med pepsinogen gener, vi ikke opdaget nogen tegn på tilstedeværelsen af ​​GAST
i næbdyr (se supplerende datafil 1), hvilket antyder, at syresekretion også kan være nedsat hos denne dyreart. I overensstemmelse med denne observation, parallel genomisk analyse viste også, at α subunit af H + /K + - ATPase (ATP4A
), som er ansvarlig for forsuring af indholdet maven ved parietalceller, er også blevet slettet fra Platypus genomet. Dette gen, som er til stede fra fisk til amniotes, er blevet stærkt bevaret gennem evolutionen men er fraværende fra Platypus genomet samling (figur 3a). Også lignende tilfælde af pepsinogen gener, den ATP4A
-flanking gener (TMEM147 Salg og KIAA0841 Salg), som er til stede i fisk, therians, og kylling, blev let identificeret i næbdyr. Således analyse af en fosmid klon svarende til denne region med en probe til den mest proksimale genet (TMEM147
) resulterede i påvisning af en specifik hybridisering bånd i næbdyr (se supplerende datafil 1). Imidlertid kunne ingen hybridiseringsbånd påvises i næbdyr fosmid Kaag-0404B19 eller total genomisk DNA fra næbdyr og T. aculeatus
når anvendelse af et humant afledt ATP4A
probe, som ellers anerkendt specifikke bånd i mus, kylling, og firben (Supplerende datafil 1 og data ikke vist). Disse resultater udvider ovennævnte resultater på gastriske proteasegener og vise, at andre gener involveret i fordøjelsessystemet aktivitet af mavesaft også er blevet selektivt slettet fra genomerne af Monotremer. Figur 3 Fravær af en funktionel mavesyre secernerende H + /K + -ATPase i Monotremer. (A) fylogenetisk træ, der viser fordelingen af ​​en funktionel α subunit af H + /K + -ATPase-genet (ATP4A
) hos hvirveldyr, der angiver i rødt fravær af dette gen i næbdyr. Procentdelen af ​​identiteter på proteinniveauet af ATP4A fra human (Homo sapiens
), hund (Canis familiaris
), opossum (Monodelphis domestica
), firben (Anolis carolinensis
), kylling (Gallus gallus
), og frøen (Xenopus tropicalis
) vises i gule bokse. (B) Gene struktur ATP4B
og aminosyresekvensalignment af de angivne exoner med ATP4B fra forskellige vertebrate arter, herunder benfisk hundestejle (Gasterosteus aculeatus
). Elektroferogrammer og sekvens translation af næbdyr ATP4B
exon 3, 4, og 7, der viser tilstedeværelsen af ​​præmature stopkodoner og et rammeskift (rød pil). MYA, millioner år siden.
Vi næste undersøgt muligheden for, at mekanismerne er forskellige fra dem, der involverer den specifikke sletning af gastrisk gener også kunne bidrage til den tilsyneladende tab i Platypus af evolutionært bevarede fordøjelsessystemet funktioner. Denne analyse førte os til at konkludere, at to velkendte gastriske gener - nemlig CTSE
og ATP4B
[23-25], der koder for aspartylproteasen cathepsin E og β-underenheden af ​​H + /K + - ATPase, henholdsvis - er blevet inaktiveret ved pseudogenization. Således har vi først observeret, at Platypus genom indeholder sekvenser med høj lighed med både gastrisk gener i de tilsvarende syntenic regioner, hvilket tyder på, at CTSE
ATP4B kunne
faktisk være funktionelle gener i næbdyr. Men yderligere detaljeret analyse af deres nukleotidsekvens afslørede, at CTSE
er ikke-funktionelt i denne art både på grund af tilstedeværelsen af ​​en præmatur stopkodon i exon 7 (Lys295Ter) og til tab af seks af sine ni exoner. Tilsvarende har det gen, der koder ATP4B blevet pseudogenized i næbdyr grund af tilstedeværelsen af ​​præmature stopcodoner i exon 3 og 4 (Tyr98Ter og Lys153Ter), samt et rammeskift i exon 7 (figur 3b). Denne observation, sammen med tabet af ATP4A
i næbdyr, bekræfter fraværet af en funktionel H + /K + - ATPase i dette hvirveldyr og tilvejebringer i det mindste en del af forklaringen på den manglende syre sekretion i Platypus maven; dette er et karakteristisk træk ved Monotremer, hvis mavesaft er over pH 6 [14].
Tab af gastriske gener under Platypus evolution
pattedyr mave er foret med en kirtelepitel der indeholder fire store celletyper [26] : slim, parietale, chef, og enteroendocrine celler. Dataene præsenteret ovenfor viser, at generne, der koder forskellige produkter i disse fire store celletyper af det gastriske kirtelepitel er blevet selektivt slettet eller inaktiveret under kloakdyr evolution (figur 1 og tabel 1). Selv om gener, der koder proteaser har vist sig at blive udsat for processer gen gevinst /tab begivenheder i både hvirveldyr og hvirvelløse genomer [5, 16, 27], har vi bestemt, at disse gen tab begivenheder observeret i Platypus gastrisk gener ikke repræsenterer en generel proces, der påvirker alle proteiner, der er involveret i fordøjelse, fordi analyse af gener impliceret i gastrointestinale funktioner afslørede, at disse koder proteaser og hormoner udtrykt i tarmen eller exokrine pancreas fra eutherians er perfekt konserveret i næbdyr (figur 1). Det fremgår således, at der har været en selektiv tab af Platypus gener ansvarlige for den biologiske aktivitet af gastrisk juice.Table 1 Oversigt over gener impliceret i gastrisk funktion i næbdyr
Protein

Gene
status i Platypus genom
bekræftende beviser
ATPase, H + /K + udveksle, α polypeptid
ATP4A
Fraværende
Southern blot
ATPase, H + /K + udveksle, β polypeptid
ATP4B
pseudogen
PCR /direkte sekventering
Cathepsin E
CTSE
pseudogen
PCR /direkte sekventering
Gastrin
GAST
Fraværende
Southern blot
Neurogenin 3
NGN3
Fraværende
Southern blot
Pepsin A
PGA
Fraværende
Southern blot /sekventering
Pepsin C
PGC
Fraværende
Southern blot /sekventering
Gastric iboende faktor
GIF
Present (udtryk pancreas)
RT-PCR
Chymosin
CYMP
Present (udtryk ikke detekteret)
sekventering /RT-PCR
RT, -PCR, revers transkription polymerasekædereaktion.
at løse dette spørgsmål yderligere, vi næste udført en detaljeret søgning efter det putative forekomst i Platypus genomet af funktionelle gener, der koder proteiner udskilt af gastriske kirtler. Denne søgning førte os til identifikation af to gener med interessante egenskaber i denne henseende. Genet, der koder gastrisk intrinsic factor (GIF
), som er nødvendig for optagelsen af ​​vitamin B 12, er perfekt konserveret i næbdyr. Dette protein secerneres af ledende eller parietalcellerne i de fleste eutherians, men det hovedsageligt produceres af pancreasceller i hunde samt i opossum, i som kan påvises nogen gastrisk ekspression [28, 29]. Det er derfor sandsynligt, at ekspressionen af ​​dette gen var pancreas før prototherian-therian split, og den intrinsiske faktor kunne stadig udskilles af bugspytkirtlen i Platypus, hvor den kan udøve sin fysiologiske funktion.
For at undersøge denne mulighed, vi udført RT-PCR-analyse ved hjælp af specifikke primere for GIF
og RNA fra forskellige væv fra enten næbdyr eller myrepindsvin (T. aculeatus
). Dette tillod os at opdage, at GIF
ekspression kan påvises i bugspytkirtlen, og lavere ekspression kunne også påvist i leveren og i myrepindsvin hjerne, mens ingen ekspression blev påvist i muskler eller hjerne fra næbdyr (se supplerende datafil 2 ). Derfor indikerer disse fund, at i lighed med tilfældet med pungdyr er GIF
gen også udtrykkes af pancreas i Monotremer. En lignende situation kan opstå i tilfælde af chymosin, en aspartylprotease, der deltager i mælkekoagulerende ved begrænset proteolyse af κ kasein [30]. Chymosin er til stede i kylling og i de fleste pattedyrarter, selv om det er blevet inaktiveret ved pseudogenization hos mennesker og andre primater [2, 31]. Vores genomisk analyse detekterede også et gen som indeholder en fuldstændig åben læseramme, som kunne udgøre et funktionelt chymosin gen i næbdyr genomet. Dette fund, sammen med manglen på opløselige pepsin og cathepsin E i næbdyr, tyder på, at chymosin kan være den eneste aspartylprotease med evne til at bidrage til fordøjelsen i maven på næbdyr. Alligevel er det meget usandsynligt, at chymosin kunne kompensere for den manglende pepsinaktivitet i Platypus mave på grund af dets meget lavere proteolytisk aktivitet, når sammenlignet med den af ​​pepsin [30]. Derudover kan den høje pH næbdyr mave forhindre zymogen-aktivering og proteolytiske aktivitet af denne peptidase. Endelig er det muligt, at i lighed med tilfældet med intrinsic faktor, næbdyr chymosin kan også fremstilles ved andre væv. I denne forbindelse har vi været i stand til at detektere ekspressionen af ​​dette gen i nogen af ​​de analyserede ovenfor (data ikke vist) væv, selv om dens formodede deltagelse i fordøjelsen af ​​kosten proteiner bør yderligere karakteriseret.
Tabet af maven funktion i prototherians er unik blandt hvirveldyr, fordi dette organ har været funktionel i mere end 400 millioner år, fra fisk til therians og fugle, og det er blevet tilpasset til specifikke kostvaner, hvilket resulterer i dannelsen af ​​flere kamre i fugle og drøvtyggere [ ,,,0],32]. I modsætning hertil maven på næbdyr er helt aglandular og er blevet reduceret til en simpel udvidelse af de nedre esophagus [14, 15]. Det er bemærkelsesværdigt, at nogle fiskearter såsom zebrafisk (Danio rerio
) og pufferfish (japansk kuglefisk rubripes
) har også mistet deres gastriske kirtler under evolution, selv om dette faktum ikke åbenbart har resulteret i tab af så mange gastriske gener i disse benfisk som i Platypus [33, 34]. På den anden side, den lille mave, høj pH af mavesaft, og mangel på gastriske kirtler i myrepindsvin, sammen med konstateringen af, at nogle af de gastriske gener tabt i næbdyr er også fraværende i T. aculeatus
, tyder på, at tab af maven funktion og gastriske gener i monotremes indtruffet før den Platypus-myrepindsvin split, mere end 21 MYA [10]. Men det er vanskeligt at afgøre, om tabet af gastrisk gener i Platypus har givet en selektiv fordel under evolution, eller om de er gået tabt som følge af en afslappet begrænsning på grund af yderligere ændringer i denne art.
I denne henseende er det muligt, at tabet af gastriske gener i Monotremer kunne have medført en selektiv fordel til denne population mod parasitter eller patogener, der er afhængige af tilstedeværelsen af ​​en sur pH-værdi i maven i deres infektion eller formering, eller anvendelsen af ​​celleoverfladeproteiner såsom ATP4A, ATP4B eller CTSE som receptorer for infektion. Skulle dette være tilfældet, så ville det være et klart eksempel på den "mindre-is-more" hypotesen [35, 36], som postulerer, at tabet af et gen kan give en selektiv fordel under særlige betingelser. Ikke desto mindre, i mangel af yderligere data, kan det ikke udelukkes, at yderligere ændringer i fordøjelsessystemet af monotremes gjort irrelevant funktionen af ​​generne, der er beskrevet i dette arbejde, og de blev udsat for ophobning af skadelige mutationer på grund af en afslappet begrænsning . , Et interessant spørgsmål på dette punkt er imidlertid, om yderligere strategier er blevet vedtaget af næbdyr at opnå effektiv protein fordøjelse i mangel af en række gastrisk enzymer. Ændringer i kostvaner, såsom fodring på insektlarver, som er let fordøjeligt; tilstedeværelsen af ​​specifikke anatomiske strukturer, såsom slibning plader eller cheek-poser, der tillader mad triturering og opbevaring; og den formodede forekomst af en karakteristisk gastrointestinale flora i næbdyr kan udgøre mekanismer, hvormed denne art har overvundet tabet af en funktionel mave.
anden rejst af denne komparative genom analyse Spørgsmålet er, om tabet af alle de ovenstående diskuterede gener er forårsage eller konsekvens af denne særlige næbdyr gastrisk fænotype. Sletning af genet, der koder gastrin kan have bidraget til denne proces, fordi mus mangelfuld gastrin udvise en atrofi af oxyntic slimhinde, med et reduceret antal parietale og enteroendocrine celler, aklorhydri og nedsat slimhinder tykkelse [37-39]. Derudover inaktivering af ATP4B
har vist sig at frembringe et signifikant fald i pepsin-producerende vigtigste celler og ændringer i strukturen af ​​parietalcellerne [25]. Endvidere tab af PGA
kan også bidrage til den gastriske atrofi observeret i Platypus, fordi denne protease nylig blev vist at være nødvendig for forarbejdning og aktivering af morfogenet sonic hedgehog (Shh) i maven [40]. Derfor sletning eller inaktivering af gastrin, syre-secernerende ATPase, og pepsinogen A kunne have bidraget til en væsentlig reduktion i dannelsen af ​​gastriske kirtler i Monotremer. Vi kan imidlertid ikke kassere den mulighed, at maven funktion blev tabt ved en anden ubeslægtet mekanisme, og - i fravær af et selektivt tryk for at bevare de gener, der koder for proteiner involveret i det gastriske funktion - disse gener blev tabt ved pseudogenization og /eller sletning begivenheder. Imidlertid kan den eksklusive fravær af disse gener ikke forklare den betydelige reduktion i størrelse observeret i maven af ​​næbdyr, hvilket antyder, at andre faktorer kunne være ansvarlige for dette karakteristiske træk.
For at evaluere denne mulighed, første valgte vi en serie af gener, der tidligere beskrevet at påvirke mave størrelse i mus og undersøgt dens formodede tilstedeværelse og sekvens bevaring i Platypus genom (Ekstra datafil 3). Denne analyse tillod os at bestemme, at det gen, der koder neurogenin-3 er blevet tabt i næbdyr (Supplerende datafil 1 og tabel 1).
Neurogenin-3 er en transkriptionsfaktor, hvis aktivitet er nødvendig for specifikation af gastrisk epitelcelle identitet og mangel af denne faktor resulterer i betydeligt mindre maver og fravær af gastrin-udskillende G-celler, somatostatin-secernerende D-celler og glucagon-udskillende A-celler [41]. Derfor er det fristende at spekulere, at neurogenin-3 kunne være en kandidat-gen til at forklare, i det mindste delvis, de morfologiske forskelle mellem næbdyr mave og af andre hvirveldyr. Ikke desto mindre vil yderligere undersøgelser af den rolle, neurogenin-3 i forskellige arter være forpligtet til at tilskrive en rolle denne transskription faktor definere strukturelle eller funktionelle forskelle i maven under pattedyr evolution.
Mekanismer involveret i tabet af gastrisk gener i næbdyr
Endelig i dette arbejde har vi også undersøgt formodede mekanismer, der er ansvarlige for tabet af gastrisk gener i næbdyr genom. En første mulighed i denne henseende bør være forekomsten af ​​rettet gen tab specifikt forekommer i næbdyr og to bevarede myrepindsvin arter Zaglossus
og Tachyglossus
. Som et første skridt i denne analyse, og baseret på de seneste undersøgelser af specifikke gen tab i hominoid evolution [42] undersøgte vi den hypotese, at gastrisk gener uafhængigt blev slettet i Platypus ved nonallelic homolog rekombination eller ved indsættelse af repetitive sekvenser. I overensstemmelse med denne mulighed, og efter aftale med den øgede aktivitet af spredte elementer i Platypus genomet [10, 43], har vi fundet, at CTSE
genet er blevet forstyrret i næbdyr ved indsættelse af lange indflettede elementer (linjer) og korte indflettede elementer (Sines) i exon 7 og 9, forstyrrer den proteinkodende region (figur 4). Interessant nok blev exon 9 afbrudt af insertion af et LINE2 Plat1m element, som blev yderligere afbrudt ved indsættelse af en SINE Mon1f3 element (figur 4). I denne henseende har analyse af forskellige indflettede elementer i Platypus genom afslørede, at den vigtigste periode af aktivitet Mon1f3 elementer var mellem 88 og 159 MYA [10], hvilket indikerer, at pseudogenization af CTSE
kunne have fundet sted inden for denne periode, og tyder på, at inaktivering af gastriske gener i Monotremer startet mindst 88 MYA. Endvidere den høje overflod af repetitive elementer i CTSE
region (mere end 3,8 indflettede elementer pr kilobase sammenlignet med 2 for den gennemsnitlige genom [10]) kan have bidraget til sletning af seks ud af de ni exons i CTSE
efter nonallelic homolog rekombination mellem disse repetitive elementer. Den variable tæthed af afbrudt elementer i de undersøgte i denne undersøgelse regioner rejser muligheden for, at lignende mekanismer, der observeres i CTSE
kunne have været ansvarlig for fuldstændig sletning af andre gastrisk gener, selvom deltagelse af andre mekanismer i denne proces ikke kan udelukkes. Figur 4 Inaktivering af CTSE
gen ved insertion af indflettet elementer. Genetisk kort over CTSE
locus i Platypus genom viser afbrydelse af exon 7 og 9 ved afbrudt elementer. Top- og bundpaneler viser et mere detaljeret billede af exon 7 og 9, henholdsvis, angiver nukleotidsekvensen af ​​exoner og forstyrre lange afbrudt element (LINE) 2 og korte indflettede element (Sine) elementer. bp, basepar.
Konklusion
Sammenfattende har detaljeret analyse af Platypus genom sekvens tilladt os at vise, at en række gener, der er impliceret i fordøjelsen i mavesækken specifikt er blevet slettet eller inaktiveret i denne art samt i Echidna. Det er bemærkelsesværdigt, at de resultater, der præsenteres her, kan udgøre en enestående eksempel på de mindre er-mere evolutionær model [35, 36], både for antallet af gener, der er involveret, samt til de fysiologiske konsekvenser afledt af disse genetiske tab.

• De kliniske præsentationer af ektopisk galde dræning i duodenal bulbus og mave med en grundig gennemgang af den aktuelle litteratur
• Funktionelle resultater ved genopbygning teknik efter laparoskopisk proksimal gastrektomi for mavekræft: dobbelt-tarmkanalen versus jejunal indskydning