Verlies van genen die betrokken zijn bij de maag functie tijdens vogelbekdier evolution

verlies van genen die betrokken zijn bij de maag functie tijdens vogelbekdier evolutie
Abstracte achtergrond
Het vogelbekdier (Ornithorhynchus anatinus
) behoort tot de zoogdieren subklasse Prototheria, die afweek van de Theria lijn vroeg in de evolutie van zoogdieren. Het vogelbekdier genoomsequentie biedt een unieke gelegenheid om een ​​aantal aspecten van de biologie en de evolutie van deze dieren te verlichten.
Resultaten
We laten zien dat meerdere genen betrokken zijn bij de vertering van voedsel in de maag zijn verwijderd of geïnactiveerd in vogelbekdier. Vergelijking met andere genomen van vertebraten onthulde dat de belangrijkste genen betrokken bij de vorming en werking van maagsap zijn verloren vogelbekdier. Deze omvatten de aspartylproteasen pepsinogeen A en pepsinogens B /C, het zoutzuur afscheiding stimulerend hormoon gastrine, en de α subunit van het maag-H + /K + - ATPase. Andere genen die gastrische functies, zoals β subeenheid van het H + /K + - ATPase en aspartyl protease cathepsine E, zijn geïnactiveerd door de acquisitie van verlies-van-functie mutaties. Al deze genen zijn sterk geconserveerd in vertebraten, weerspiegelt een uniek patroon van de evolutie in de vogelbekdier genoom niet eerder waargenomen bij andere zoogdieren genomen.
Conclusie Ondernemingen De waargenomen verlies van genen betrokken bij maag- functies verantwoordelijk voor de anatomische misschien en fysiologische verschillen in het maagdarmkanaal tussen monotremes en andere gewervelde dieren, met inbegrip van kleine omvang, het ontbreken van klieren, en de hoge pH van de monotreme maag. Dit onderzoek draagt ​​bij aan een beter begrip van de mechanismen die de evolutie van het vogelbekdier genoom ten grondslag liggen, zou uitbreiding van de minder-is-meer evolutionair model om monotremes, en geeft nieuwe inzichten in het belang van het gen verlies gebeurtenissen tijdens de evolutie van zoogdieren.
achtergrond
Een hoofddoel van de volgorde van verschillende genomen is de genetische veranderingen die verantwoordelijk zijn voor de fysiologische verschillen tussen deze organismen te identificeren. In dit verband heeft de vergelijking tussen mens en knaagdier genoom een ​​uitbreiding in knaagdieren genen die betrokken zijn bij bevruchting en spermarijping, afweer, geurwaarneming of ontgifting [1-3] die bevestigt op genetisch niveau de fysiologische verschillen in deze processen tussen mensen en knaagdieren. Bovendien is de ontwikkeling van specifieke biologische processen tijdens de evolutie, bijvoorbeeld de productie van melk bij zoogdieren, gaat gepaard met het verschijnen van nieuwe genen die zijn betrokken bij deze nieuwe functies, zoals caseïne en α-lactalbumine [4]. Derhalve blijkt dat de verwerving van nieuwe fysiologische functies tijdens de evolutie van vertebraten is gedreven door het genereren van nieuwe genen aangepast aan deze nieuwere functies. Hoewel gen krijgt een intuïtieve mechanisme voor de ontwikkeling van nieuwe biologische functies vormen gen verliezen van belang zijn tijdens de evolutie, zowel kwantitatief als kwalitatief [5-9]. De recente beschikbaarheid van een groot aantal gewervelde genomen heeft de mogelijkheid om op grote schaal evolutionaire analyses uit te voeren met het oog op differentiële genen die verantwoordelijk zijn voor de specifieke verschillen in het bijzonder biologische processen te identificeren geopend. Ondernemingen De vogelbekdier (Ornithorhynchus anatinus
) vertegenwoordigt een waardevolle bron voor het ontrafelen van de moleculaire mechanismen die tijdens de evolutie van zoogdieren actief zijn geweest als gevolg van enerzijds de fylogenetische positie en de aanwezigheid van unieke biologische eigenschappen [10]. Samen met de echidnas, vogelbekdier vormt de Monotremata subklasse (prototherians); Dit is een van de twee subklassen waarin zoogdieren worden onderverdeeld, met therians, die verder zijn onderverdeeld in buideldieren (metatherians) en zoogdieren (eutherians) [11]. Het uiterlijk van zoogdier-omstandigheden, zoals homeothermie, aanwezigheid van bont en borstklieren maakt dit organisme een sleutelelement in het ophelderen van de genetische factoren die betrokken zijn bij het ontstaan ​​van deze biologische functies. Aangezien echter het laatste zoogdier gemeenschappelijke voorouder, meer dan 166 miljoen jaren geleden (MYA) [12, 13], andere kenmerken zijn ontstaan, zoals de aanwezigheid van vergiftklieren of elektroreceptie en sommige gewervelde kenmerken verloren zijn gegaan, waardoor de Aangezien volwassen tanden of een functionele maag [14, 15].
in dit werk wordt aangetoond dat er een selectieve verwijdering en inactivering in het vogelbekdier genoom van verscheidene genen die betrokken zijn bij de activiteit van de maag is, inclusief alle genen die coderen pepsine proteasen die betrokken zijn bij de aanvankelijke vertering van proteïnen in de zure pH van de maag, en de voor de afscheiding van zuur in dit orgaan genen (Figuur 1). Het verlies en inactivering van deze genen verschaffen een moleculaire basis voor het begrijpen van de mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de afwezigheid in van een vogelbekdier functionele maag, en onze kennis van de evolutie van zoogdieren genomen breiden. Figuur 1: Schema van het eutherian gastro-intestinale systeem, tonen de maag klieren en specifieke celtypen. Eiwitten uitgescheiden door elk type cel en direct betrokken bij de vertering van voedsel zijn aangegeven, met de nadruk in het rood de eiwitten die afwezig zijn in vogelbekdier zijn. * Gastric intrinsieke factor wordt geproduceerd door pariëtale cellen in de mens, maar in de pancreas van monotremes en andere zoogdieren.
Resultaten en bespreking
verlies pepsine genen in het genoom vogelbekdier
Tijdens de eerste annotatie en karakterisering van het vogelbekdier genoom, merkten we de afwezigheid van verscheidene protease genen in dit organisme die in andere zoogdiersoorten [2, 10] was. De meeste van deze verloren protease-genen coderen voor leden van snel evoluerende protease families, waaronder proteasen die betrokken zijn bij immunologische functies, spermatogenese of bevruchting [2, 16]. Wanneer we echter een verdere gedetailleerde analyse van al deze protease genen verloren vogelbekdier uitgevoerd namen wij waar dat deze codeert voor drie grote maag aspartyl proteases (pepsinogeen A, pepsinogeen B en gastricsin /pepsinogeen C) waren ook aanwezig op de vogelbekdier genoom samenstel . Deze proteasen zijn verantwoordelijk voor de proteolytische splitsing van dieetproteïnen bij de zure pH van de maag en zijn sterk geconserveerd door evolutie, van vissen tot zoogdieren en vogels [17]. De genen die coderen voor deze proteasen (PGA
, PGB
en PGC
) zich in verschillende chromosomale loci, waarvan de algemene structuur is ook goed geconserveerd in de meeste genomen van vertebraten, waaronder vogelbekdier (figuur 2). Daarom leek het onwaarschijnlijk dat de afwezigheid in vogelbekdier kan worden veroorzaakt door de onvolledigheid van het genoom samenstel in een bepaald chromosomaal gebied. Bovendien analyse van meer dan 2.000.000 sporen sequenties niet in de assemblage en expressed sequence tag (EST) -sequenties van verschillende vogelbekdier weefsels [10] evenmin het bestaan ​​van deze pepsinogeen genen onthullen de zienswijze dat ze waren specifiek verwijderd in het genoom van het zoogdier. Figuur 2 Schrapping van pepsinogeen-coderende genen in het vogelbekdier genoom. (A) synteny kaart van de loci met PGB Kopen en PGC
in vertebraten toont een sterke conservering van de genen die coderen pepsinogeen C en de flankerende genen, met uitzondering van vogelbekdier, waarbij PGC
specifiek is verwijderd. De figuur laat ook zien hoe het gen coderend pepsinogeen B verschenen therians als gevolg van dubbele PGC
naar een nabijgelegen locus, gevolgd door een translocatie. De overeenkomstige gebied in het vogelbekdier genoom mist elke pepsinogeen-coderende gen. Functionele pepsinogen genen zijn gekleurd in het blauw, terwijl pepsinogen pseudogenen zijn in het rood. Voor mens en hond, die een translocatie van het PGB
locus onderging, zijn chromosomen aangegeven aan de linkerkant. De genoomsequenties geanalyseerd zijn van vogelbekdier (Ornithorhynchus anatinus
), menselijk (Homo sapiens
), hond (Canis familiaris
), opossum (Monodelphis domestica
), hagedis (Anolis carolinensis
) , kip (Gallus gallus
), en de kikker (Xenopus tropicalis
). (B) synteny kaart van de PGA
locus in verschillende gewervelde diersoorten toont de schrapping van deze maag protease-gen in het vogelbekdier genoom. Bacteriële kunstmatige chromosomen (BAC's) en fosmids gebruikt in het onderzoek zijn aangegeven boven aan elk paneel. . Gene kleuren en omvang zijn dezelfde als in panel een
Om deze mogelijkheid verder te onderzoeken, werden eerst de genomische organisatie van deze drie genen aspartylprotease - PGA
, PGB Kopen en PGC Catawiki - in het genoom van de mens, hond, opossum, kip, hagedis en kikker [18-21]. Het is bekend dat de genen die coderen pepsinogens verschillende uitbreidingen tijdens de evolutie van vertebraten hebben ondergaan, waardoor de aanwezigheid van ten minste drie tot zes verschillende functionele posters in het genoom van deze organismen (Figuur 2a). Bovendien, een duplicatie gebeurtenis in PGC
in de therian lijn heeft geresulteerd in de vorming van PGB
, die lijkt functioneel in buidelrat en honden zijn, en in het laatste waarschijnlijk de functie van PGC
vervangen, die is geïnactiveerd door pseudogenization. De loci die deze pepsinogeen genen zijn sterk geconserveerd door evolutie en de flankerende genen zijn ook perfect geconserveerd in zowel volgorde en nucleotidesequentie in genomen van vertebraten (Figuur 2a).
Analyse van vogelbekdier bacteriële kunstmatige chromosomen (BAC's) en /of fosmids overeenkomen met deze regio's gebleken dat de flankerende genen van de pepsinogeen genen in andere species zijn geconserveerd en toewijzen aan het overeenkomstige gebied van het syntenic vogelbekdier genoom (figuur 2). Echter, een DNA-probe die overeenkomt met muizen pepsinogeen Een mislukte om te hybridiseren met de geanalyseerde vogelbekdier BAC of fosmids verspreid over de regio's van belang (zie aanvullende informatie bestand 1). Bovendien volledige sequentiebepaling van het genomische vogelbekdier geflankeerd door TFEB Kopen en FRS3
en door C1orf88 Kopen en CHIA2
geen enkele genen die coderen pepsinogeen C of pepsinogen B sporen, respectievelijk. Bovendien, en om de mogelijkheid dat pepsinogeen genen andere loci tijdens vogelbekdier evolutie omgezet testen, een Southern blot-analyse met dezelfde probe werd uitgevoerd met totaal genomisch DNA. Deze analyse resulteerde in de afwezigheid van hybridisatie wanneer genomisch DNA van een vogelbekdier en mierenegel species (Tachyglossus aculeatus
) gebruikt, terwijl dezelfde probe detectie beter twee hybridisatiebanden meer evolutionaire afstand soorten zoals hagedis (Podarcis hispanica
) en kip (gegevens niet getoond).
Tezamen duiden deze gegevens erop dat de genen die coderen voor deze maag- proteasen zijn specifiek verwijderd uit het genoom van monotremes waarschijnlijk leiden tot hoge verschillen in de vertering van dieetproteïnen bij deze soorten vergeleken met andere gewervelde dieren.
verlies of inactivatie van vogelbekdier genen die maagzuur afscheiding
Pepsinogens worden gesynthetiseerd door chief cellen in de oxyntic klieren van de maag als inactieve precursors die worden geactiveerd wanneer ze worden blootgesteld aan de lage pH van de maagvloeistof [22]. De afscheiding van zoutzuur wordt gestimuleerd door de maag hormoon gastrine, dat vrijkomt door enteroendocrine G cellen die aanwezig zijn in pylorische klieren in reactie op zuren en verteerd eiwitten amino. Om te proberen om deze bevindingen verlengen Aangezien pepsinogeen genen in vogelbekdier, we vervolgens onderzocht de mogelijkheid dat het gen dat codeert gastrine (GAST
) ook ontbreekt in het genoom vogelbekdier zijn.
Na vergelijkende genomische analyse na de dezelfde strategie als in het geval van pepsinogeen genen, hebben we geen enkel bewijs van de aanwezigheid van GAST
in vogelbekdier detecteren (zie aanvullende informatie bestand 1), wat suggereert dat de zuursecretie ook zou kunnen worden aangetast in deze soort. Consistent hiermee nam parallel genomische analyse toonde ook aan dat de α-subeenheid van de H + /K + - ATPase (ATP4A
), dat verantwoordelijk is voor de verzuring van de maaginhoud door pariëtale cellen, ook is verwijderd uit het vogelbekdier genoom. Dit gen, dat aanwezig is van vis tot amnioten, is sterk geconserveerd door evolutie maar ontbreekt in het genoom vogelbekdier samenstel (figuur 3a). Ook vergelijkbaar met het geval van pepsinogeen genen, de ATP4A
flankerende genen (TMEM147 Kopen en KIAA0841
), die aanwezig is in vis, therians en kip zijn, werden gemakkelijk geïdentificeerd in vogelbekdier. Aldus analyse van een fosmid kloon overeenkomend met deze regio met een probe voor de meest proximale gen (TMEM147
) resulteerde in detectie van een specifieke hybridisatie band vogelbekdier (zie aanvullende gegevensbestand 1). Er kon echter geen hybridisatiebanden worden gedetecteerd vogelbekdier fosmid KAAG-0404B19 of totaal genomisch DNA van vogelbekdier en T. aculeatus
wanneer een mens afgeleide ATP4A
probe, die anders specifieke banden in muis, kip herkend en hagedis (Extra gegevensbestand 1 en data niet getoond). Deze resultaten breiden bovenstaande bevindingen gastrische protease genen en tonen dat andere genen betrokken bij de spijsverteringsactiviteit van maagsap zijn ook selectief verwijderd uit de genomen van monotremes. Figuur 3 Afwezigheid van een functionele maagzuur afscheidende H + /K + -ATPase in monotremes. (A) Phylogenetic boom die de verdeling van een functioneel α subunit van de H + /K + -ATPase-gen (ATP4A
) in gewervelde dieren, met vermelding in het rood de afwezigheid van dit gen in vogelbekdier. Het percentage van de identiteit op het eiwit niveau van ATP4A uit menselijk (Homo sapiens
), hond (Canis familiaris
), opossum (Monodelphis domestica
), hagedis (Anolis carolinensis
), kip (Gallus Gallus
), en de kikker (Xenopus tropicalis
) wordt getoond in gele vakken. (B) Gene structuur van ATP4B Kopen en aminozuursequentie uitlijning van de aangegeven exons met ATP4B van verschillende gewervelde diersoorten, waaronder de beenvissen stekelbaars (Gasterosteus aculeatus
). Electroferogrammen sequentie en translatie van vogelbekdier ATP4B
exons 3, 4 en 7 tonen de aanwezigheid van premature stopcodons en een leeskader (rode pijl). MYA, miljoen jaar geleden.
Wij naast de mogelijkheid onderzocht dat er mechanismen onderscheiden van die welke de specifieke verwijdering van de maag-genen ook zou kunnen bijdragen aan het schijnbare verlies in vogelbekdier van evolutionair geconserveerde spijsvertering functies. Deze analyse leidde ons tot de conclusie dat twee bekende gastric genen - namelijk CTSE Kopen en ATP4B
[23-25], die het aspartylprotease cathepsine E en de β subunit van de H + /K + - ATPase, respectievelijk - zijn geïnactiveerd door pseudogenization. Zo hebben we voor het eerst waargenomen dat het vogelbekdier genoom bevat sequenties met een hoge gelijkenis met zowel de maag genen in de overeenkomstige syntenic regio's, wat erop wijst dat CTSE Kopen en ATP4B kon
inderdaad functionele genen in vogelbekdier. Echter, verdere gedetailleerde analyse van de nucleotidesequentie openbaarde dat CTSE
niet functioneert in deze soort gevolg van enerzijds de aanwezigheid van een stopcodon in exon 7 (Lys295Ter) en het verlies van zes van de negen exons. Evenzo heeft het gen dat codeert ATP4B zijn pseudogenized in vogelbekdier vanwege de aanwezigheid van premature stopcodons in exons 3 en 4 (Tyr98Ter en Lys153Ter), evenals een frameshift in exon 7 (figuur 3b). Deze waarneming, samen met het verlies van ATP4A
in vogelbekdier, bevestigen dat er een functionele H + /K + - ATPase in deze gewervelde en voorziet in ten minste een deel van de verklaring voor het ontbreken van zure secretie in de maag vogelbekdier; dit is een kenmerk van monotremes, waarvan maagsap is boven pH 6 [14].
Verlies van maag genen tijdens vogelbekdier evolutie
De zoogdieren maag is bekleed met een klier epitheel dat vier belangrijke types cel bevat [26] : slijm, pariëtale, leider, en entero-endocriene cellen. De hierboven gepresenteerde gegevens tonen aan dat de genen die coderen voor verschillende producten van deze vier belangrijke celtypes van de maag glandulaire epitheel zijn selectief verwijderd of geïnactiveerd tijdens monotreme evolutie (Figuur 1 en Tabel 1). Hoewel de genen die coderen voor proteasen is aangetoond worden onderworpen aan processen van gen winst /verlies gevallen in beide gewervelde en ongewervelde genomen [5, 16, 27], we hebben vastgesteld dat deze genproducten schadegevallen waargenomen bij vogelbekdier maag genen vertegenwoordigen geen algemene werkwijze die alle eiwitten die betrokken zijn bij de vertering van voedsel, omdat analyse van genen betrokken bij gastro-intestinale functies gebleken dat deze coderen voor proteasen en hormonen tot expressie in de darm of exocriene pancreas van eutherians perfect geconserveerd in vogelbekdier (figuur 1). Het lijkt dan ook dat er een selectief verlies van vogelbekdier genen die verantwoordelijk zijn voor de biologische activiteit van de maag juice.Table 1 Samenvatting van de genen die betrokken zijn bij de maag functie in vogelbekdier is geweest
Protein

Gene
Status in vogelbekdier genoom
Confirmatief bewijs
ATPase, H + /K + uit te wisselen, α polypeptide
ATP4A
Absent
Southern blot
ATPase, H + /K + uit te wisselen, β polypeptide
ATP4B
pseudogen
PCR /direct sequencing
cathepsine E
CTSE
pseudogen
PCR /direct sequencing
Gastrine
GAST
Absent
Southern blot
neurogenine 3
NGN3
Absent
Southern blot
Pepsine A
PGA
Absent
Southern blot /sequencing
Pepsin C
PGC
Absent
Southern blot /sequencing
Gastric intrinsieke factor
GIF
Present (uitdrukking pancreas)
RT-PCR
Chymosine
CYMP
Present (expressie niet gedetecteerd)
Sequencing /RT-PCR
RT, -PCR, reverse transcriptie polymerase chain reaction.
Om deze vraag verder aan te pakken, we volgend voerden een gedetailleerd onderzoek naar de vermeende gebeurtenis in het vogelbekdier genoom van functionele genen die coderen voor eiwitten uitgescheiden door de maag klieren. Dit onderzoek leidde ons tot de identificatie van twee genen met interessante kenmerken in dit verband. Het gen dat codeert maag intrinsieke factor (GIF
), die voor de opname van vitamine B 12 is, is perfect geconserveerd in vogelbekdier. Dit eiwit wordt uitgescheiden door de algemeen of pariëtale cellen in de meeste eutherians, maar wordt voornamelijk geproduceerd in pancreascellen bij honden en in buidelrat, waarin geen gastrische expressie kan worden gedetecteerd [28, 29]. Het is daarom waarschijnlijk dat de expressie van dit gen was pancreas voor de prototherian-therian gesplitst en de intrinsieke factor kan nog worden afgescheiden door de alvleesklier vogelbekdier, waar het zijn fysiologische functie kan uitoefenen. Belgique Om deze mogelijkheid te testen we uitgevoerd RT-PCR-analyse met behulp van specifieke primers voor GIF Kopen en RNA van verschillende weefsels van beide of vogelbekdier mierenegel (T. aculeatus
). Daardoor konden we vinden dat GIF
expressie kan worden gedetecteerd in de pancreas, en lagere expressie kan ook worden gedetecteerd in de lever en in mierenegel hersenen, terwijl geen expressie in spieren of hersenen tegen vogelbekdier werd gedetecteerd (zie aanvullende gegevensbestand 2 ). Daarom zijn deze bevindingen blijkt dat, vergelijkbaar met het geval van buideldieren, de GIF
gen wordt ook uitgedrukt door de alvleesklier monotremes. Een soortgelijke situatie kan ontstaan ​​bij chymosine, een aspartyl protease dat deelneemt aan melkstremmende door beperkte proteolyse van κ caseïne [30]. Chymosine aanwezig bij kippen en in de meeste zoogdieren, hoewel het door pseudogenization geïnactiveerd bij mensen en andere primaten [2, 31]. Onze genomische analyse ook ontdekt een gen met een volledige open leesraam dat een functioneel chymosine gen in het vogelbekdier genoom zou kunnen vormen. Deze bevinding, in combinatie met de afwezigheid van oplosbare pepsine en cathepsine E in vogelbekdier suggereert dat chymosine alleen aspartyl protease met het vermogen bij te dragen tot de vertering van voedsel in de maag van vogelbekdier kan zijn. Toch is het zeer onwaarschijnlijk dat chymosine het gebrek aan activiteit in pepsine vogelbekdier maag vanwege de veel lagere proteolytische activiteit kan compenseren in vergelijking met die van pepsine [30]. Daarnaast kan de hoge pH van vogelbekdier maag voorkomen zymogeen activering en proteolytische activiteit van het peptidase. Tenslotte is het mogelijk dat, vergelijkbaar met het geval van de intrinsieke factor, vogelbekdier chymosine kunnen worden ook door andere weefsels. In dit opzicht hebben we in staat om de expressie van dit gen in een van de bovengenoemde weefsels (gegevens niet getoond) geanalyseerd detecteren, hoewel de vermeende deelname aan de vertering van dieetproteïnen verder worden gekarakteriseerd.
Het verlies van maag functie prototherians is uniek onder gewervelde dieren, aangezien dit orgaan functioneel voor meer dan 400 miljoen jaren, van vis tot therians en vogels, en is aangepast aan specifieke voedingsgewoonten, resulterend in de vorming van meerdere kamers in vogels en herkauwers [ ,,,0],32]. In tegenstelling, de maag van vogelbekdier volledig aglandular en is gereduceerd tot een eenvoudige dilatatie van de slokdarm [14, 15]. Opvallend is dat sommige vissoorten zoals zebravis (Danio rerio
) en pufferfish (Takifugu rubripes
) ook verloren hun maagklieren tijdens de evolutie, hoewel dit feit niet blijkbaar resulteerde in het verlies van zoveel maag genen in deze teleosten als in vogelbekdier [33, 34]. Anderzijds, de kleine maag, hoge pH van maagsap, en gebrek aan maagklieren in mierenegel, samen met de bevinding dat een aantal van de maag genen verloren vogelbekdier ook afwezig T. aculeatus
, suggereren dat de verlies van de maag functie en de maag genen in monotremes plaatsgevonden vóór het vogelbekdier-mierenegel split, meer dan 21 MYA [10]. Het is echter moeilijk te bepalen of het verlies van maag genen in vogelbekdier een selectief voordeel werd verleend tijdens de evolutie, dan wel verloren zijn gegaan als gevolg van een beperking ontspannen door extra veranderingen in deze soort.
Hierbij is het mogelijk dat het verlies van maag genen in monotremes een selectief voordeel zou hebben verleend deze populatie tegen parasieten en pathogenen die afhankelijk zijn van de aanwezigheid van een zure pH in de maag van de infectie of vermeerdering, of het gebruik van celoppervlakeiwitten zoals ATP4A, ATP4B of CTSE als receptoren voor de infectie. Mocht dit het geval zijn, dan zou dit een duidelijk voorbeeld van het 'less-is-more' hypothese [35, 36], die stelt dat het verlies van een gen dat een selectief voordeel zou kunnen verlenen onder bepaalde voorwaarden te vertegenwoordigen. Niettemin, geen extra gegevens kan niet worden uitgesloten dat aanvullende wijzigingen in het spijsverteringsstelsel van monotremes irrelevant de functie van de in dit werk beschreven genen gemaakt en ze werden onderworpen aan de accumulatie van schadelijke mutaties vanwege een ontspannen constraint . Echter een interessante vraag op dit punt of aanvullende strategieën door vogelbekdier goedgekeurd om efficiënte eiwitvertering bereiken in afwezigheid van een aantal gastrische enzymen. Veranderingen in voedingsgewoonten, zoals voeden met insectenlarven, die gemakkelijk kunnen worden verteerd; de aanwezigheid van specifieke anatomische structuren, zoals slijpschijven of wang-zakjes, waar voedsel tritureren en opslagruimten; en de vermeende optreden van een karakteristieke darmflora in vogelbekdier kunnen vormen mechanismen waarmee deze soort het verlies van een functionele maag overwonnen.
andere vraag van deze vergelijkende genoom analyse of het verlies van alle van de hierboven beschreven genen oorzaak of gevolg van dit vogelbekdier maag fenotype. Deletie van het gen dat codeert gastrine kan hebben bijgedragen aan dit proces, omdat muizen die een tekort in gastrine een atrofie van de oxyntic slijmvlies vertonen, met een verminderd aantal pariëtale en entero-endocriene cellen, achloorhydrie, en verminderde slijmvlies dikte [37-39]. Daarnaast is geïnactiveerd ATP4B
blijkt een significante afname van pepsine producerende chief cellen en veranderingen produceren in de structuur van pariëtale cellen [25]. Verder verlies van PGA
kunnen ook bijdragen aan de gastrische atrofie waargenomen vogelbekdier, omdat protease onlangs bleek vereist voor de verwerking en activering van het morfogeen sonic hedgehog (Shh) in de maag [40]. Daarom deletie of inactivatie van gastrine, het zuur-afscheidende ATPase en pepsinogeen A kan hebben bijgedragen tot een aanzienlijke vermindering van de vorming van maagklieren in monotremes. bij afwezigheid van een selectiedruk om de genen die coderen voor eiwitten betrokken bij de maag blijft werken - - Niettemin kunnen we de mogelijkheid dat de maag functie verloren door een andere niet-verwante mechanisme en niet weg deze genen werden verloren pseudogenization en /of deletie evenementen. Echter, de exclusieve afwezigheid van deze genen de aanzienlijke verkleining waargenomen in de maag van vogelbekdier niet verklaren, wat suggereert dat andere factoren die tot dit kenmerk kan zijn.
Om deze mogelijkheid te evalueren we eerst een gekozen reeks genen eerder beschreven maag grootte te beïnvloeden bij muizen en onderzocht de vermeende aanwezigheid en de volgorde instandhouding in het vogelbekdier genoom (Extra gegevensbestand 3). Deze analyse konden we vaststellen dat het gen dat codeert Neurogenine-3 is verbroken in vogelbekdier (aanvullende gegevensbestand 1 en tabel 1).
Neurogenine-3 is een transcriptiefactor waarvan de activiteit nodig voor het specificeren van maag epitheelcellen identiteit en tekort aan deze factor resulteert in aanzienlijk kleinere magen en afwezigheid van gastrine-afscheidende cellen G, somatostatine-afscheidende cellen en D-glucagon uitscheidende cellen A [41]. Daarom is het verleidelijk om te speculeren dat Neurogenine-3 kan een kandidaatgen te leggen, althans ten dele, de morfologische verschillen tussen vogelbekdier maag en die van andere gewervelde dieren. Niettemin zal verder onderzoek naar de rol van Neurogenine-3 in verschillende soorten nodig zijn om een ​​rol deze transcriptiefactor toebedelen bepalen structurele of functionele verschillen in de maag tijdens de evolutie van zoogdieren.
Mechanismen betrokken bij het verlies van maag genen in vogelbekdier
slot, in dit werk hebben we ook onderzocht mogelijke mechanismen die verantwoordelijk zijn voor het verlies van maag-genen in het genoom vogelbekdier. Een eerste mogelijkheid in dit verband moet het optreden van de gerichte gen verliezen speciaal optreden in vogelbekdier en de twee bestaande mierenegel soorten Zaglossus Kopen en Tachyglossus
zijn. Als eerste stap in deze analyse, en recente studies specifiek gen verliezen gedurende antropoïde evolutie [42], onderzochten we de hypothese dat de maag genen zelfstandig vogelbekdier werden verwijderd door allelische homologe recombinatie of door insertie van repetitieve sequenties. In overeenstemming met deze mogelijkheid, en in overeenstemming met de verhoogde activiteit van afgewisseld elementen in het vogelbekdier genoom [10, 43], hebben we ontdekt dat de CTSE
gen in vogelbekdier werd verstoord door het inbrengen van lange afgewisseld elementen (lijnen) en korte afgewisseld elementen (SINE) in exons 7 en 9, verstoren de eiwit coderende gebied (figuur 4). Interessant exon 9 werd verstoord door de insertie van een LINE2 Plat1m element, dat verder werd verstoord door de insertie van een SINE Mon1f3 element (figuur 4). In dit verband heeft analyse van verschillende afgewisseld elementen in het genoom vogelbekdier vastgesteld dat de grootste periode van activiteit van Mon1f3 elementen lag tussen 88 en 159 MYA [10], wat aangeeft dat pseudogenization van CTSE
kan binnen deze termijn hebben voorgedaan, en suggereert dat de inactivatie van genen in gastrische monotremes begon tenminste 88 MYA. Bovendien is de hoge overvloed aan repetitieve elementen in de CTSE
regio (meer dan 3,8 afgewisseld elementen per kilobase vergelijking met 2 voor het genoom gemiddelde [10]) zou hebben bijgedragen tot het schrappen van zes van de negen exons van CTSE
door niet-allelische homologe recombinatie tussen deze repetitieve elementen. De variabele dichtheid van afgewisseld elementen in de in deze studie onderzocht regio's verhoogt de mogelijkheid dat soortgelijke mechanismen aan dat van CTSE
misschien verantwoordelijk voor de volledige verwijdering van andere maag-genen, hoewel de deelname van andere mechanismen in dit proces kan niet worden uitgesloten. Figuur 4 Inactivering van CTSE
gen door insertie van afgewisseld elementen. Genetische kaart van de CTSE
locus in het vogelbekdier genoom die de verstoring van exons 7 en 9 door afgewisseld elementen. De bovenste en onderste panelen tonen een meer gedetailleerde weergave van exons 7 en 9, respectievelijk, met vermelding van de nucleotidesequentie van exons en het verstoren van lange afgewisseld element (LINE) 2 en korte afgewisseld element (SINE) elementen. bp, basenparen.
Conclusie
Samenvattend, gedetailleerde analyse van de vogelbekdier genoomsequentie heeft ons toegelaten om aan te tonen dat een aantal genen die betrokken zijn bij de vertering van voedsel in de maag specifiek zijn verwijderd of geïnactiveerd in deze soort alsook in mierenegel. Opmerkelijk is dat de hier gepresenteerde resultaten een uitzonderlijk voorbeeld kan vormen van de minder-is-meer evolutionair model [35, 36], zowel het aantal genen die betrokken zijn alsook voor de fysiologische gevolgen uit deze genetische verliezen.

• De klinische presentatie van een buitenbaarmoederlijke galwegdrainage in duodenale bulbus en maag met een grondige herziening van de huidige literatuur
• Functionele resultaten door reconstructie techniek volgende laparoscopische proximale gastrectomie voor maagkanker: double-darmkanaal versus jejunale tussenkomst