Menetys geenit mahalaukun toiminto aikana platypus evoluution

Menetys geenit mahalaukun toiminto aikana vesinokkaeläin evoluution
tiivistelmä
tausta
ankka-laskutetaan vesinokkaeläin (Ornithorhynchus anatinus
) kuuluu nisäkkäiden alaluokkaan Prototheria, joka poikennut theria linjan aikaisin nisäkkäiden evoluutio . Platypus genomin tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden valaista joitakin näkökohtia biologian ja kehitys näiden eläinten.
Tulokset
Osoitamme, että useat geenit ruoansulatukseen vatsassa on poistettu tai inaktivoitu vesinokkaeläin. Vertailu muihin selkärankaisten genomien osoitti, että tärkein geenit muodostumista ja toimintaa mahanesteen on menetetty vesinokkaeläin. Näitä ovat aspartyyliproteaasin pepsinogeeni A ja pepsinogeenia B /C, kloorivetyhapon eritystä stimuloiva hormoni gastriini, ja α-alayksikköä mahalaukun H + /K + - ATPaasi. Muut geenit mahalaukun toimintoja, kuten β-alayksikköä H + /K + - ATPaasi ja aspartyyliproteaasin katepsiini E, on inaktivoitu, koska hankinnan menettämisestä toiminnon mutaatioita. Kaikki nämä geenit ovat erittäin konservoituneita selkärankaisilla, mikä osoittaa ainutlaatuinen kuvio evoluution vesinokkaeläimelle genomissa ei ole aiemmin nähty muiden nisäkkäiden genomien.
Päätelmä
havaitun menetys liittyvien geenien mahalaukun toiminnot saattavat olla vastuussa anatominen ja fysiologiset erot ruoansulatuskanavassa välillä monotremes ja muut selkärankaiset, kuten pieni koko, puute rauhaset, ja korkea pH MONOTREME vatsaan. Tutkimuksessa rakennetaan parempaa ymmärtämistä mekanismeihin, jotka ovat kehitys vesinokkaeläin genomin, voi pidentää vähemmän-on-enemmän kehittyvä malli monotremes, ja saa aikaan uusia oivalluksia merkitystä geenin menetys tapahtumia nisäkkäiden evoluutio.
taustaa
merkittävä tavoite sekvensointi eri genomien on tunnistaa geneettisistä muutoksista, jotka ovat vastuussa fysiologisen erot näiden eliöiden. Tässä suhteessa välisen vertailun ihmisen ja jyrsijöiden genomien on havaittu laajennus jyrsijöillä geenejä, jotka osallistuvat lannoitus ja sperman kypsyminen, isäntä puolustus, haju käsitys, tai vieroitus [1-3], vahvistaa geneettisellä tasolla fysiologisten erojen näissä prosesseissa ihmisten ja jyrsijöiden välillä. Lisäksi kehittämällä erityisiä biologisten prosessien evoluution aikana, esimerkiksi maidon tuotanto nisäkkäillä, on liittynyt ulkonäkö uusia geenejä, jotka ovat osallisina näissä uusia toimintoja, kuten kaseiini ja α-laktalbumiinin [4]. Näyttää siis siltä, ​​että hankinta romaani elintoimintojen aikana selkärankaisten evoluution on ajanut sukupolven uusien geenien mukautettava näihin uudempia toimintoja. Vaikka geeni voitot muodostavat intuitiivinen mekanismi kehittää uusia biologisia toimintoja, geeni tappiot ovat myös olleet tärkeitä evoluution aikana, sekä laadullisesti että määrällisesti [5-9]. Viimeaikainen saatavuus lukuisia selkärankaisten genomien on avannut mahdollisuuden suorittaa laajamittaista evoluution analyysi, jotta löydetään ero geenien vastuussa erot etenkin biologisissa prosesseissa.
Ankka-laskutetaan vesinokkaeläin (Ornithorhynchus anatinus
) edustaa arvokas resurssi purkamiseen molekyylitason mekanismeja, jotka ovat olleet aktiivisia aikana nisäkkäiden evoluutio, johtuu sekä sen phylogenetic asentoon ja läsnäoloon ainutlaatuisia biologisia ominaisuuksia [10]. Yhdessä echidnas, vesinokkaeläin muodostaa Monotremata alaluokka (prototherians); tämä on yksi kahteen alaluokkaan, joihin nisäkkäisiin on jaettu, yhdessä therians, jotka on edelleen jaettu marsupials (metatherians) ja istukan nisäkkäät (eutherians) [11]. Ulkonäkö nisäkäs-erityisominaisuuksia, kuten homeothermy, läsnäolo turkista ja maitorauhaset tekee tästä organismista avaintekijä selvennettäessä geneettiset tekijät, jotka osallistuvat ulkonäön näitä biologisia toimintoja. Kuitenkin, koska viimeinen nisäkkäiden yhteinen esi yli +166.000.000vuosi sitten (MYA) [12, 13], muut ominaisuudet ovat nousseet, kuten läsnäolo venom rauhasten tai sähköaisti, ja jotkut selkärankaisten ominaisuuksia on menetetty, jolloin Koska aikuisten hampaita tai toiminnallisen vatsa [14, 15].
tässä työssä osoitamme, että on ollut valikoiva poisto ja inaktivaatio vesinokkaeläin genomin useiden geenien, jotka osallistuvat toimintaan vatsaan, mukaan lukien kaikki geenit, jotka koodaavat pepsiini proteaaseja, jotka ovat mukana ensimmäisen ruoansulatus proteiinien happaman mahan pH: n, sekä geenit, joita tarvitaan hapon eritystä tässä elimessä (kuvio 1). Menetys ja inaktivointi näiden geenien tarjoavat molekyylitason perustan ymmärtämiselle mekanismit, jotka ovat vastuussa puuttuminen vesinokkaeläin funktionaalisen vatsa, ja laajentaa tietämystä kehitystä nisäkkäiden genomien. Kuva 1 Scheme eutherian ruoansulatuskanavan osoittaen maharauhanen ja erityisiä solutyyppejä. Erittämät proteiinit kukin solutyyppi ja suoraan sekaantunut ruoansulatukseen osoitetaan, esiin punaisella niitä proteiineja, jotka ovat poissa vesinokkaeläin. * Mahalaukun sisäinen tekijä tuotetaan parietaalisoluissa ihmisillä mutta haimassa monotremes ja muille nisäkkäille.
Tulokset ja pohdinta
menetys pepsiiniä geenien vesinokkaeläimelle genomissa
Alkuvaiheessa huomautusta ja luonnehdinta vesinokkaeläin genomin, huomasimme puuttuessa useiden proteaasi geenien tässä organismi, joka oli läsnä muiden nisäkäslajien [2, 10]. Useimmat näistä menettivät proteaasin geenit koodaavat jäsenet nopeasti kehittyvien proteaasin perheitä, mukaan lukien proteaasit, jotka osallistuvat immunologisten toimintojen, spermatogeneesin tai lannoitus [2, 16]. Kun kuitenkin suorittaa vielä yksityiskohtaisen analyysin kaikkien näiden proteaasin geeneistä hävisi vesinokkaeläin, havaitsimme, että ne, jotka koodaavat kolmea suurta mahalaukun aspartyyliproteaasin (pepsinogeeni A, pepsinogeeni B, ja gastriksiini /pepsinogeeni C) olivat myös poissa vesinokkaeläin genomista kokoonpano . Nämä proteaasit ovat vastuussa proteolyyttisen ruokavalion proteiinien happaman mahan pH: n, ja on erittäin konservoitunut läpi evoluution, kaloista nisäkkäisiin ja linnut [17]. Geenit, jotka koodaavat näitä proteaaseja (PGA
, PFI
, ja PGC
) sijaitsevat eri kromosomi loci, jonka kokonaisrakenne on myös hyvin konservoitunut useimmissa selkärankaisten genomien, mukaan lukien vesinokkaeläin (kuva 2). Näytti siksi siltä epätodennäköistä, että niiden puuttuminen vesinokkaeläin voisi johtua epätäydellisyydestä genomin kokoonpano tietyllä kromosomialueella. Lisäksi analyysi yli 2 miljoonaa jälki sekvenssit ole läsnä kokoonpanoon ja expressed sequence tag (EST) sekvenssejä eri vesinokkaeläin kudoksista [10] myöskään paljastaa olemassaolon tahansa näistä pepsinogeeni geeneistä, vahvisti olettamaa, että he olivat olleet erityisesti poistettu genomissa tämän nisäkäs. Kuva 2 poistaminen pepsinogeeni-koodaus geenit vesinokkaeläin genomissa. (A) Synteny kartta loci sisältävät PFI
ja PGC
selkärankaisissa on voimakas säilyttäminen koodaavien geenien pepsinogeeni C: n ja sitä reunustavat geenejä, lukuun ottamatta platypus, jossa PGC
on erityisesti ollut Poistetaan. Kuviossa on lisäksi esitetty, kuinka geenin, joka koodaa pepsinogeeni B esiintyi therians seurauksena päällekkäisyyttä PGC
läheiseen lokukseen, jota seurasi translokaatio. Vastaava alue vesinokkaeläin genomin puuttuu pepsinogeeni koodaavan geenin. Toiminnalliset pepsinogeeni geenit ovat värillisiä sininen, kun taas pepsinogeeni pseudogeenien ovat punaisia. Ihmisille ja koira, joka tehtiin translokaation PFI
lokuksen, kromosomit merkitty vasemmalle. Genomin sekvenssit analysoitiin ovat vesinokkaeläin (Ornithorhynchus anatinus
), ihmisen (Homo sapiens
), koira (Canis familiaris
), opossumi (Monodelphis domestica
), lisko (Anolis carolinensis
) , kanan (Gallus gallus
), ja sammakko (Xenopus tropicalista
). (B) Synteny kartta PGA
lokuksen eri selkärankaisten lajien osoittaa poistettu tämä mahalaukun proteaasin geenin vesinokkaeläin genomissa. Bakteerien keinotekoiset kromosomit (BAC: t) ja fosmideina käytetään tutkimuksessa osoitetaan yläosassa kunkin paneelin. Gene värit ja mittakaava ovat samat kuin paneelissa a.
Tämän mahdollisuuden tutkimiseksi tarkemmin, ensin verrataan gemonin näiden kolmen aspartyyliproteaasin geenejä - PGA
, PFI
ja PGC
- in genomien ihmisen, koiran, opossumi, kanaa, lisko, ja sammakko [18-21]. On hyvin osoitettu, että geenit, jotka koodaavat pepsinogeenia on tehty useita laajennuksia aikana selkärankaisten evoluution, mikä läsnä vähintään kolme ja kuusi erilaista toiminnallista jäsentä genomien näiden organismien (kuvio 2a). Lisäksi päällekkäisyyteen tapahtuma PGC
että therian sukujuuret on johtanut muodostumiseen PFI
, joka näyttää olevan toiminnallinen opossumi ja koira, ja jälkimmäisessä on todennäköisesti korvannut toiminta PGC
, joka on inaktivoitu pseudogenization. Käyrän sisältävät näitä pepsinogeeni geenit on erittäin säilynyt evoluution, ja niiden reunustavat geenit myös täydellisesti konservoituneita sekä järjestyksessä ja nukleotidisekvenssi selkärankaisten genomeja (kuva 2a).
Analyysi vesinokkaeläin bakteerin keinotekoiset kromosomit (BAC: t) ja /tai fosmideina vastaavat näiden alueiden paljasti, että geenit, jotka reunustavat pepsinogeeni geenejä muista lajeista säilytetään ja kartta vastaaviin syntenic alueen vesinokkaeläimelle genomin (kuvio 2). Kuitenkin DNA-koetin, joka vastaa hiiren pepsinogeeni Epäonnistunut hybridisoituen analysoitu vesinokkaeläin BAC: tai fosmideina ulottuu kiinnostavilla alueilla (ks Additional tiedosto 1). Lisäksi täydellinen sekvensointi vesinokkaeläimelle genomialueiden reunustaa TFEB
ja FRS3
sekä C1orf88
ja CHIA2
ei havaita mitään geenejä, jotka koodaavat pepsinogeeni C tai pepsinogeeni B, vastaavasti. Lisäksi ja jotta testi mahdollisuus, että pepsinogeeni geenejä on siirrettävissä muihin lokusten aikana vesinokkaeläin evoluution, Southern blot analyysin kanssa samaa koetinta suoritettiin käyttäen genomista kokonais-DNA. Tämä analyysi johti puuttuessa hybridisaation, kun genomi-DNA platypus ja yksi echidna lajien (Tachyglossus aculeatus
) käytettiin, kun taas sama koetin tunnistaa helposti kahden hybridisaation bändejä enemmän evoluution kaukana lajeja, kuten lisko (Podarcis hispanica
) ja kanan (tietoja ei esitetty).
Yhdessä nämä tiedot osoittavat, että geenit, jotka koodaavat näitä mahalaukun proteaaseja on erityisesti poistettu genomissa monotremes, todennäköisesti seurauksena merkittäviä eroja ruuansulatuksen ravinnon proteiinien näiden lajien verrattuna muiden selkärankaisten.
menetys tai inaktivoida vesinokkaeläin geenit mahahapon eritystä
pepsinogeenit syntetisoidaan päällikkö solujen oxyntic rauhaset mahalaukun inaktiivisina esiasteita, jotka aktivoituvat, kun ne ovat alttiina alhainen pH mahanestettä [22]. Eritystä suolahappoa stimuloi mahalaukun gastriini-hormoni, joka vapautuu enteroendokriinisessä G-solut, jotka ovat läsnä mahaportin rauhasten vastauksena aminohappoja ja pilkottiin proteiineja. Pyrkimyksenä pidentää edellä havainnot puuttuminen pepsinogeeni geenien vesinokkaeläin, me seuraavaksi arvioidaan sitä mahdollisuutta, että koodaavan geenin gastriinin (GAST
) voisi myös olla poissa vesinokkaeläin genomista.
Jälkeen vertaileva genominen analyysin jälkeen samaa strategiaa kuin tapauksessa pepsinogeeni geenien, emme onnistuneet havaitsemaan mitään todisteita läsnäolo GAST
vuonna vesinokkaeläin (ks Additional tiedosto 1), mikä viittaa siihen, että erityksen saattaa myös heikentyä tällä lajilla. Tämän mukaisesti havainnon, rinnakkaista genomista analyysi osoitti myös, että α alayksikköön H + /K + - ATPaasi (ATP4A
), joka on vastuussa happamoitumista mahan sisältöä parietaalisoluissa, on myös poistettu vesinokkaeläin genomista. Tämä geeni, joka on läsnä kaloista amniotes, on erittäin konservoitunut läpi evoluution, mutta puuttuu vesinokkaeläimelle genomin kokoonpano (kuvio 3a). Myös samanlainen tapauksessa pepsinogeeni geenien ATP4A
reunusse- geenit (TMEM147
ja KIAA0841
), jotka ovat läsnä kala, therians, ja kanaa, jotka voidaan havaita helposti platypus. Siten analyysi fosmid kloonin, joka vastaa tämän alueen koetinta läheisin-geenin (TMEM147
) johti havaitsemisen spesifinen hybridisaatio kaistan platypus (ks Muihin tiedosto 1). Ei kuitenkaan hybridisaatiota bändejä voitu havaita platypus fosmid Kaag-0404B19, tai koko genomi-DNA platypus ja T. aculeatus
kun käytetään ihmisestä peräisin ATP4A
koetin, joka muutoin tunnustettu tietyillä taajuusalueilla hiiren, kanan, ja lisko (Additional tiedosto 1 ja tuloksia ei esitetty). Nämä tulokset ulottuvat edellä havainnot mahalaukun proteaasin geeneistä ja osoittavat, että muut geenit osallistuvat ruoansulatuskanavan toiminnan mahan mehu on myös valikoivasti poistettu genomeista monotremes. Kuvio 3 puuttuminen funktionaalista mahahapon erittävät H + /K + ATPaasi-in monotremes. (A) Fylogeneettinen puu osoittaa jakautuminen toiminnallisen α alayksikköä H + /K + -ATPaasi-geeni (ATP4A
) selkärankaisilla, mikä osoittaa punaisella ilman tämän geenin vesinokkaeläin. Prosenttiosuus identiteetit on proteiinin taso ATP4A ihmisen (Homo sapiens
), koira (Canis familiaris
), opossumi (Monodelphis domestica
), lisko (Anolis carolinensis
), kana (Gallus gallus
), ja sammakko (Xenopus tropicalista
) näkyy keltaisena laatikoihin. (B) Gene rakenne ATP4B
ja aminohapposekvenssi kohdistus osoitti eksonien kanssa ATP4B eri selkärankaislajeista, mukaan lukien teleost kalat kolmipiikkikoiras (Gasterosteus aculeatus
). Elektroferogrammit ja sekvenssin kääntäminen vesinokkaeläin ATP4B
eksonit 3, 4, ja 7 osoittavat läsnäolo ennenaikaisen stop-kodoneja ja kehyksenvaihdon (punainen nuoli). MYA, miljoonaa vuotta sitten.
Me seuraavaksi tutkinut mahdollisuuden mekanismit eroavat liittyy erityisiä poistamista mahalaukun geenit voivat myös osallistua näennäinen tappio vesinokkaeläin on evoluutiossa konservoituneen ruoansulatustoiminnot. Tämä analyysi johti meidät päättelemään, että kaksi tunnettua mahalaukun geenejä - eli CTSE
ja ATP4B
[23-25], jotka koodaavat aspartyyliproteaasia katepsiini E ja β-alayksikköä H + /K + - ATPaasi, vastaavasti - ovat inaktivoitu pseudogenization. Niinpä ensin todettava, että vesinokkaeläin genomi sisältää sekvenssit, joilla on korkea samankaltaisuus sekä mahalaukun geenejä vastaava syntenic alueita, mikä viittaa siihen, että CTSE
ja ATP4B
voisi todellakin olla funktionaalisia geenejä vesinokkaeläin. Kuitenkin, tarkemmin analyysi niiden nukleotidisekvenssin paljasti, että CTSE
on funktionaalinen tällä lajilla johtuu sekä, kun läsnä on ennenaikaisen lopetuskodonin eksonissa 7 (Lys295Ter) ja menetys kuusi yhdeksän eksonia. Vastaavasti, koodaava geeni ATP4B on pseudogenized in platypus läsnäolon vuoksi ennenaikaisen stop-kodonin eksonit 3 ja 4 (Tyr98Ter ja Lys153Ter), sekä lukukehyksen eksonissa 7 (kuvio 3b). Tämä havainto yhdessä menetys ATP4A
vuonna vesinokkaeläin, vahvistaa puuttuminen toiminnallisen H + /K + - ATPaasi tässä selkärankaisten ja antaa ainakin osan selitys puute happo eritystä vesinokkaeläin vatsaa Tämä on ominaista monotremes, jonka mahan mehu on yli pH 6 [14].
menetys mahalaukun geenien aikana vesinokkaeläin evoluution
nisäkkään mahassa on vuorattu rauhasepiteeliin joka sisältää neljä suurta solutyyppejä [26] : limakalvojen, päälaen, päätoimittaja, ja enteroendokriinisessä soluja. Edellä esitetyt tiedot osoittavat, että geenit, jotka koodaavat erilaisia ​​tuotteita näiden neljän pääsolutyyppiä mahalaukun rauhasepiteelin on valikoivasti poistettu tai inaktivoitu aikana MONOTREME kehittyminen (kuvio 1 ja taulukko 1). Vaikka geenit koodaavat proteaaseja on osoitettu tehtävä prosesseihin geenin voitto /tappio tapahtumia sekä selkärankaisten ja selkärangattomien genomien [5, 16, 27], totesimme, että nämä geeni sattuvat vahingot havaittiin vesinokkaeläin mahalaukun geenit eivät edusta yleinen prosessi koskee kaikkia proteiineja, jotka ovat osallisina ruoansulatukseen, koska analyysi geenit ruuansulatuskanavan toimintojen paljasti, että ne, jotka koodaavat proteaaseja ja hormonien ilmaistuna suolistossa tai haimassa päässä eutherians ovat täysin konservoituneita platypus (kuvio 1). Näin ollen vaikuttaa siltä, ​​että on ollut valikoivaa menetys vesinokkaeläin geenien vastuussa biologisen aktiivisuuden mahan juice.Table 1 Yhteenveto geenit mahalaukun toimintoa vesinokkaeläin
Proteiini

Gene
status vesinokkaeläin genomissa
varmistusnäyttöä
ATPaasi, H + /K + vaihtamalla, α polypeptidi
ATP4A
Absent
Southern blot
ATPaasi, H + /K + vaihtamalla, β polypeptidi
ATP4B
pseudogeenistä
PCR /suora sekvensointi
katepsiini E
CTSE
pseudogeenistä
PCR /suora sekvensointi
Gastrin
GAST
Absent
Southern blot
Neurogenin 3
NGN3
Absent
Southern blot
Pepsin
PGA
Absent
Southern blot /sekvensoinnin
Pepsin C
PGC
Absent
Southern blot /sekvensoinnin
Mahalaukun luontainen tekijä
GIF
Present (lauseke haiman) B RT-PCR
kymosiinieritys
CYMP
Present (lauseke ei havaittu) B sekvensointi /RT-PCR
RT, -PCR, RT-PCR.
tämän kysymyksen osoittamiseksi edelleen, me seuraavaksi suoritetaan yksityiskohtainen etsiä otaksutun esiintymisen vesinokkaeläin genomin funktionaalisten geenien koodaavat erittämät proteiinit maharauhanen. Tämä haku johti meidät löydettiin kaksi geenien mielenkiintoisia ominaisuuksia tässä suhteessa. Geeni, joka koodaa mahalaukun sisäinen tekijä (GIF
), joka on tarpeen vitamiinin imeytymistä B 12, on täysin konservoitunut platypus. Tämä proteiini erittyy päällikkö tai parietaalisoluissa useimmissa eutherians, mutta se valmistetaan pääasiallisesti haiman soluja koirilla sekä opossumi, jossa ei mahalaukun ilmentyminen voidaan havaita [28, 29]. On siis todennäköistä, että tämän geenin ilmentyminen oli haiman ennen prototherian-therian split, ja luontaisia ​​tekijä saattaa silti olla haiman vuonna vesinokkaeläin, jossa se voi käyttää sen fysiologista toimintaa.
Tämän mahdollisuuden tutkimiseksi, me suoritettiin RT-PCR-analyysillä käyttäen spesifisiä alukkeita GIF
ja RNA eri kudoksista joko vesinokkaeläin tai echidna (T. aculeatus
). Tämä antoi meille mahdollisuuden todeta, että GIF
ilmentymistä voidaan havaita haimassa, ja alempi ilme voitiin myös havaita maksassa sekä Echidna aivoissa, kun taas mitään ekspressiota havaittiin lihaksen tai aivoissa vesinokkaeläin (ks Additional tiedosto 2 ). Siksi nämä tulokset osoittavat, että samanlainen tapauksessa pussieläimet, GIF
-geeni ilmentyy myös haima monotremes. Samanlainen tilanne voi esiintyä, kun kyseessä kymosiinin, aspartyyliproteaasia, joka osallistuu maidon hyytymisestä rajoitetun proteolyysin on κ kaseiinin [30]. Kymosiini on läsnä kanan ja useimmissa nisäkäslajien, vaikka se on inaktivoitu pseudogenization ihmisillä ja muilla kädellisillä [2, 31]. Meidän genomista analyysi havaitsi myös geenin joka sisältää täydellisen avoimen lukukehyksen, joka voisi aiheuttaa toiminnallisen Kymosiinigeenin vesinokkaeläimelle genomissa. Tämä havainto yhdessä puuttuminen liukoisen pepsiinejä ja katepsiini E vesinokkaeläin, viittaa siihen, että kymosiini saattaa olla ainoa aspartyyliproteaasin kyky edistää ruoansulatusta vatsassa vesinokkaeläin. On kuitenkin erittäin epätodennäköistä, että kymosiinin voisi kompensoida puutetta pepsiiniaktiivisuus vuonna vesinokkaeläin vatsassa, koska sen paljon pienempi proteolyyttinen aktiivisuus, kun verrataan pepsiinejä [30]. Lisäksi korkea pH vesinokkaeläin mahan voisi estää tsymogeenillä aktivointi ja proteolyyttisen aktiivisuuden tämän peptidaasi. Lopuksi, on mahdollista, että samanlainen tapauksessa sisäinen tekijä, vesinokkaeläin kymosiini voidaan tuottaa myös muissa kudoksissa. Tässä suhteessa, emme ole kyenneet havaitsemaan tämän geenin ilmentyminen missään kudoksissa analysoitiin edellä (tuloksia ei ole esitetty), vaikka sen oletetun osallistumista ruuansulatuksen ravinnon proteiinien tulisi edelleen tunnettu.
Menetys vatsaan toiminto prototherians on ainutlaatuinen selkärankaisten, koska tämä elin on toimiva yli 400 miljoonaa vuotta, kaloista therians ja lintuja, ja se on mukautettu tietyn ruokailutottumuksiin, jolloin muodostuu useita kammioita lintujen ja märehtijät [ ,,,0],32]. Sen sijaan, mahan vesinokkaeläimelle on täysin aglandular ja on typistyisi laajentuma alemman ruokatorven [14, 15]. On huomionarvoista, että jotkut kalalajit kuten zebrafish (Danio rerio
) ja pufferfish (Takifugu rubripes
) ovat menettäneet maharauhanen evoluution aikana, vaikka tämä seikka ei ole ilmeisesti johtanut menetys niin paljon mahalaukun geenejä näissä teleosts kuten vesinokkaeläin [33, 34]. Toisaalta, pieni vatsa, korkea pH mahanesteessä ja puute maharauhanen vuonna Echidna yhdessä havainto, että jotkut mahalaukun geenien hävisi vesinokkaeläin ovat myös poissa T. aculeatus
, viittaavat siihen, että menetys vatsan toimintaa ja mahalaukun geenien monotremes tapahtui ennen vesinokkaeläin-Echidna split, yli 21 MYA [10]. On kuitenkin vaikea määrittää, onko menetys mahalaukun geenien vesinokkaeläin on valikoivaa hyötyä evoluution aikana, vai onko ne ovat kadonneet seurauksena rento rajoitus johtuu lisämuutoksia tällä lajilla.
Tältä osin , on mahdollista, että menetys mahalaukun geenien monotremes saattanut antaa valikoivan edun tälle potilasryhmälle loisia tai taudinaiheuttajia, jotka tukeutuvat läsnäollessa happamassa pH mahalaukussa niiden infektion tai eteneminen, tai käyttää solunpintaproteiinit kuten ATP4A, ATP4B tai CTSE reseptoreina infektio. Jos näin on, niin tämä olisi selkeä esimerkki "vähemmän on-enemmän" hypoteesi [35, 36], jonka oletetaan, että menetys geenin saattaa valikoivaa etua tietyissä olosuhteissa. Kuitenkin puuttuessa lisätiedot, sitä ei voida sulkea pois, että lisämuutoksia ruoansulatuskanavan monotremes tehty merkityksetön toimintaa geenien kuvattu tässä työssä, ja he joutuivat kertymisestä vahingollisia mutaatioita koska rento rajoitus . Kuitenkin mielenkiintoinen kysymys tässä vaiheessa, onko uusia strategioita on hyväksynyt vesinokkaeläin saavuttaa tehokas proteiini ruuansulatuksen ilman useita mahalaukun entsyymejä. Ruokailutottumusten muutoksista, kuten ravinnokseen hyönteisten toukkia, jotka ovat helposti sulavia; spesifisten anatomisia rakenteita, kuten hionta levyt tai poski-pussit, jotka mahdollistavat ruoan hiertämällä ja varastointi; ja oletetun esiintyminen tunnusomaisen ruoansulatuskanavan kasvistoa vesinokkaeläin saattaa olla mekanismeja, joilla tämä laji on voittanut menetys toiminnallisen vatsaan.
Toinen kysymys tämän vertaileva genomianalyysi onko menetys kaikki edellä keskusteltu geenien aiheuttaa tai seuraus tästä erityisen vesinokkaeläin mahan fenotyyppiin. Poistaminen koodaavan geenin gastriini saattanut vaikuttaa tähän prosessiin, koska hiiret, joilta puuttuu gastriini näytteille surkastuminen oxyntic limakalvon, jossa pienempi määrä parietal ja enteroendokriinisessä soluja, aklorhydrian, ja vähentynyt limakalvo paksuus [37-39]. Lisäksi, inaktivointi ATP4B
on osoitettu tuottavan merkittävää laskua pepsiini tuottavat pääsoluissa ja muutoksia rakenteessa parietaalisolujen [25]. Lisäksi menetys PGA
voisi myös edistää mahalaukun atrofiaa havaittiin vesinokkaeläin, koska tämä proteaasi hiljattain osoitettu vaaditaan käsittelyä ja aktivointi morfogeenipolypeptidi sonic hedgehog (Shh) mahassa [40]. Siksi poistamalla tai inaktivoimalla gastriini, happo-erittävien ATPaasi, ja pepsinogeeni voinut osaltaan vähentää merkittävästi mahalaukun rauhaset monotremes. Kuitenkin, emme voi hävitä mahdollisuutta, että vatsan toimintaa hävisi jollakin muulla eivät liity mekanismi, ja - ilman valikoivaa paineen ylläpitämiseksi geenejä, jotka koodaavat proteiineja, osallinen mahalaukun toiminto - nämä geenit olivat hävinneet pseudogenization ja /tai poistaminen Tapahtumat. Kuitenkin yksinomainen ilman näitä geenejä ei voi selittää merkittävä väheneminen koko havaittu vatsassa vesinokkaeläin, mikä viittaa siihen, että muut tekijät saattavat olla vastuussa tästä ominaispiirre.
Arvioida tätä mahdollisuutta, ensin valitaan joukon geenejä aikaisemmin kuvattu vaikuttaa mahan koon hiirissä ja tutkittiin sen otaksuttu läsnäoloa ja järjestyksessä suojelun vesinokkaeläimelle genomia (Additional tiedosto 3). Tämä analyysi antoi meille mahdollisuuden päättää, että koodaavan geenin neurogenin-3 on menetetty vesinokkaeläin (Additional tiedosto 1 ja taulukko 1).
Neurogenin-3 on transkriptiotekijä, jonka aktiivisuutta tarvitaan erittely mahalaukun epiteelisolujen identiteetti , ja puute tämän tekijän seurauksena huomattavasti pienempi vatsat ja ilman gastriinin erittävien G-solut, somatostatiini erittävät D solujen ja glukagonin erittävä solut [41]. Näin ollen, on houkuttelevaa spekuloida, että neurogenin-3 voisi olla geeniehdokas selittää, ainakin osittain, morfologiset erot platypus mahassa ja muiden selkärankaisten. Kuitenkin lisätutkimuksia roolin neurogenin-3 eri lajeissa vaaditaan syyksi rooli tämän transkriptiotekijän määrittelyyn rakenteellisia tai toiminnallisia eroja vatsassa aikana nisäkkäiden evoluutiossa.
Mekanismit osallistuvat menetys mahalaukun geenien vesinokkaeläin
Lopuksi tässä työssä olemme tutkineet myös otaksuttu mekanismeja vastuussa menetyksestä mahalaukun geenien vesinokkaeläin genomissa. Ensimmäinen mahdollisuus tässä suhteessa tulisi esiintyminen suunnatun geenin tappioiden nimenomaan esiintyvät platypus ja kaksi säilynyt Echidna lajia Zaglossus
ja Tachyglossus
. Ensimmäinen askel tähän analyysiin, ja perustuu viimeaikaisten tutkimusten erityisten geenin tappioiden aikana hominoid evoluution [42], tutkimme hypoteesia, että mahalaukun geenit itsenäisesti poistettu vesinokkaeläin by nonallelic homologisella rekombinaatiolla tai liittämällä toistuvat sekvenssit. Tämän mukaisesti mahdollisuus, ja yhteisymmärryksessä toiminnan vahvistumisena välissä elementtien vesinokkaeläin genomissa [10, 43], olemme havainneet, että CTSE
geeni on häiriintyneet vesinokkaeläin lisätyllä pitkä välissä elementtien (viivat) ja lyhyt välissä elementit (Sines) eksoneissa 7 ja 9, häiritsevät proteiinin koodaavan alueen (kuva 4). Mielenkiintoista, eksoni 9 sekoitti insertoimalla LINE2 Plat1m elementti, jonka lisäksi rikottu lisäämällä sine Mon1f3 elementti (kuva 4). Tältä osin analyysi eri välissä elementtien vesinokkaeläin genomissa on osoittanut, että pääasiallinen ajan toiminta Mon1f3 elementtien oli välillä 88 ja 159 MYA [10], mikä osoittaa, että pseudogenization of CTSE
saattanut tapahtua tänä aikana, ja viittaa siihen, että inaktivointi mahalaukun geenien monotremes aloitettiin vähintään 88 MYA. Lisäksi korkea runsaasti toistuvia elementtejä CTSE
alueella (yli 3,8 välissä elementtejä kohti ke verrattuna 2 genomin keskimääräinen [10]) on saattanut osaltaan poistamisen kuusi yhdeksästä eksonia CTSE
by nonallelic välisen homologisen rekombinaation näiden toistuvia elementtejä. Muuttuva tiheys välissä elementtejä alueilla tarkastellaan tässä tutkimuksessa nostaa esiin mahdollisuuden, että samanlaisia ​​mekanismeja kuin vuonna CTSE
olisi ollut vastuussa täydellistä poistamista muiden mahalaukun geenien, vaikka siihen osallistuu muita mekanismeja tässä prosessissa ei voi voida sulkea pois. Kuva 4 inaktivointi CTSE
geenin insertiolla välissä elementtejä. Geneettinen kartta CTSE
lokukseen vesinokkaeläin genomissa osoittaa häiriöitä eksonien 7 ja 9 välissä elementtejä. Katto ja pohja esittävät yksityiskohtaisemman kuvan eksonien 7 ja 9, vastaavasti, mikä osoittaa nukleotidisekvenssin eksonien ja häiritsevät pitkät välissä elementti (LINE) 2 ja lyhyitä välissä elementti (SINE) elementtejä. ep, emäsparia.
Päätelmä
Yhteenvetona, yksityiskohtainen analyysi vesinokkaeläin genomin on antanut meille mahdollisuuden osoittaa, että useat geenit, jotka osallistuvat ruoansulatukseen vatsassa on nimenomaisesti poistettu tai inaktivoitu tämän lajin , sekä echidna. On huomionarvoista, että tässä esitetyt tulokset voi muodostaa poikkeuksellinen esimerkki vähemmän on-enemmän evoluutiomallin [35, 36], sekä määrä geenien sekä fysiologisiin seurauksista johdettu näistä geneettisistä tappioita.

• Kliininen esitykset Kohdunulkoisten sapen salaojitus osaksi pohjukaissuoli- bulbus ja vatsaan perusteellisen kirjallisuudessa
• Toiminnallinen tuloksiksi jälleenrakentamista tekniikalla seuraavissa laparoskooppisten proksimaalinen gastrectomy mahasyövän: double-suolikanavan versus tyhjäsuolen interposition