Tap av gener involvert i gastrisk funksjon under nebbdyr evolusjon

Tap av gener involvert i gastrisk funksjon under nebbdyr evolusjon
Abstract
Bakgrunn
duck-billed platypus (Ornithorhynchus anatinus
) tilhører pattedyr underklasse Prototheria, som avvek fra Theria linje tidlig i pattedyr evolusjon . Platypus genomsekvens gir en unik mulighet til å belyse noen aspekter av biologi og evolusjon av disse dyrene
. Resultater
Vi viser at flere gener involvert i fordøyelsen i magen har blitt slettet eller inaktivert i Platypus. Sammenligning med andre virveldyr genomer viste at de viktigste genene involvert i dannelsen og aktivitet av magesyren har gått tapt i Platypus. Disse inkluderer aspartylproteaser pepsinogen A og pepsinogens B /C, saltsyre sekresjon stimulerende hormon gastrin, og den α subenhet av gastrisk H + /K + - ATPase. Andre gener involvert i mage-funksjoner, som for eksempel β subenhet av H + /K + - ATPase og aspartylproteasen cathepsin E, er blitt inaktivert på grunn av anskaffelsen av tap-av-funksjon mutasjoner. Alle disse genene er høyt konservert i virveldyr, som gjenspeiler et unikt mønster av utviklingen i Platypus genomet som ikke tidligere er sett i andre pattedyr genomer.
Konklusjon
observerte tap av gener involvert i mage funksjoner kan være ansvarlig for den anatomiske og fysiologiske forskjeller i mage-tarmkanalen mellom monotremes og andre virveldyr, inkludert liten størrelse, mangel på kjertler, og høy pH i Kloakkdyr magen. Denne studien bidrar til en bedre forståelse av mekanismene som ligger til grunn for utviklingen av nebbdyr genomet, kan forlenge mindre-is-more evolusjonær modell til monotremes, og gir ny innsikt i viktigheten av genet tapshendelser i løpet av pattedyr evolusjon.
bakgrunn
Et hovedmål i sekvensering av ulike genomer er å identifisere de genetiske endringene som er ansvarlig for de fysiologiske forskjeller mellom disse organismene. I denne forbindelse har det sammenligning mellom humane og gnager genomer identifisert en utvidelse i gnagere av gener som er involvert i fertilisering og sperm modning, vertens forsvar, lukt persepsjon, eller avgiftning [1-3], noe som bekrefter på genetisk nivå fysiologiske forskjeller i disse prosessene mellom mennesker og gnagere. I tillegg til utvikling av spesifikke biologiske prosesser i løpet av evolusjonen, for eksempel produksjon av melk i pattedyr, har vært ledsaget av utseende av nye gener som er involvert i disse nye funksjoner, slik som kasein og α-lactalbumin [4]. Derfor ser det ut til at kjøpet av nye fysiologiske funksjoner i løpet av virveldyr utviklingen har vært drevet av den generasjonen av nye gener som er tilpasset disse nyere funksjoner. Imidlertid, selv om gen gevinster utgjør en intuitiv mekanisme for utvikling av nye biologiske funksjoner, gene tapene har også vært viktig i løpet av evolusjonen, både kvantitativt og kvalitativt [5-9]. Den nylige tilgjengeligheten av mange virveldyr genomer har åpnet muligheten til å utføre store evolusjonære analyse for å identifisere differensial gener ansvarlig for de konkrete forskjellene i spesielle biologiske prosesser.
Duck-billed platypus (Ornithorhynchus anatinus
) representerer en verdifull ressurs for å rakne de molekylære mekanismer som har vært aktive i løpet av evolusjonen pattedyr, både på grunn av sin fylogenetiske posisjon og til nærværet av unike biologiske egenskaper [10]. Sammen med echidnas utgjør nebbdyr den Monotremata underklassen (prototherians); Dette er en av de to underklasser i hvilke pattedyr er delt, sammen med therians, som er ytterligere inndelt i pungdyrene (metatherians) og placentale pattedyr (eutherians) [11]. Utseendet til pattedyr spesifikke egenskaper som homeothermy, tilstedeværelse av pels, og melkekjertler gjør denne organismen et sentralt element i å belyse de genetiske faktorer som er innblandet i utseendet på disse biologiske funksjoner. Ikke desto mindre, siden den siste pattedyr felles stamfar mer enn 166 millioner år siden (MYA) [12, 13], har andre egenskaper dukket opp, slik som tilstedeværelse av gift kjertler eller electroreception, og noen virveldyr egenskaper er gått tapt, noe som resulterer i fravær av voksen tenner eller en funksjonell mage [14, 15].
i dette arbeidet, viser vi at det har vært en selektiv sletting og inaktivering i nebb genomet av flere gener som er involvert i aktiviteten i magen, herunder alle gener som koder for pepsin proteaser som er involvert i den første fordøyelse av proteiner i det sure pH-verdien i magen, så vel som gener som kreves for sekresjon av syre i dette organ (figur 1). Tapet og inaktivering av disse genene gir en molekylære grunnlaget for å forstå mekanismene som er ansvarlig for fravær i Platypus av en funksjonell mage, og utvide vår kunnskap om utviklingen av pattedyr genomer. Figur 1 Scheme av eutherian mage-systemet, som viser mage kjertler og spesifikke celletyper. Proteiner skilles ut av hver celletype og direkte involvert i fordøyelsen er angitt, fremhever i rødt de proteiner som er fraværende i Platypus. * Gastric indre faktor er produsert av parietalceller i mennesker, men i bukspyttkjertelen av monotremes og andre pattedyr.
Diskusjon Resultater og
Tap av pepsin gener i Platypus genomet
under den innledende merknader og karakterisering av nebbdyr genom, la vi merke til fraværet av flere protease gener i denne organisme som var til stede i andre pattedyrarter [2, 10]. De fleste av disse mistet protease gener koder for medlemmer av raskt utviklende protease familier, inkludert proteaser som er involvert i immunologiske funksjoner, sædcelle eller gjødsling [2, 16]. Men når vi foretatt en ytterligere detaljert analyse av alle disse protease gener tapt i Platypus, observerte vi at disse kodings tre store mage aspartylprotease (pepsinogen A, pepsinogen B, og gastricsin /pepsinogen C) var også fraværende fra nebbdyr genomet montering . Disse proteaser er ansvarlig for den proteolytiske spaltning av diettproteiner ved den sure pH-verdien i magen, og er sterkt konservert gjennom evolusjon, fra fisk til pattedyr og fugler [17]. Genene som koder for disse proteaser (PGA
, PGB
, og PGC
) er plassert i forskjellige kromosom loci, hvis overordnede strukturen har også blitt godt bevart i de fleste virveldyr genomer, inkludert nebbdyr (figur 2). Derfor er det viste usannsynlig at deres fravær i nebb kunne være på grunn av ufullstendig av genomet sammenstillingen i et bestemt kromosomalt område. Videre analyse av mer enn 2 millioner spor sekvenser ikke til stede i forsamlingen og uttrykte sekvens tag (EST) sekvenser fra ulike nebbdyr vev [10] også unnlatt å avdekke eksistensen av noen av disse pepsinogen gener, noe som styrker hypotesen om at de hadde vært spesielt slettet i genomet til dette pattedyr. Figur 2 Sletting av pepsinogen-gener i Platypus genomet. (A) Synteny kart over loci som inneholder PGB
og PGC
hos virveldyr viser en sterk konservering av genene som koder pepsinogen C og dets flankerende gener, med unntak av nebb, hvori PGC
har spesielt vært slettet. Figuren viser også hvordan genet som koder for pepsinogen B først i therians som et resultat av en duplisering av PGC
til en nærliggende locus, etterfulgt av et translokasjon. Den tilsvarende region i Platypus genomet mangler noen pepsinogen-koding genet. Funksjonelle pepsinogen gener er farget i blått, mens pepsinogen pseudo er i rødt. For menneske og hund, som gjennomgikk en trans av PGB
locus, er kromosomer angitt til venstre. De genomsekvenser analysert er fra nebbdyr (Ornithorhynchus anatinus
), menneskelig (Homo sapiens
), hund (Canis familiaris
), opossum (Monodelphis domestica
), lizard (Anolis carolinensis
) , kylling (Gallus gallus
), og frosk (Xenopus tropic
). (B) Synteny kart over PGA
locus i ulike virveldyrarter viser sletting av denne mage protease-genet i Platypus genomet. Bakterielle kunstige kromosomer (Bacs) og fosmids brukt i undersøkelsen er angitt ved toppen av hvert panel. . Gene farger og målestokk er de samme som i panelet et
For å undersøke denne muligheten nærmere, må vi først sammenlignet organiseringen av genomet hos disse tre aspartylprotease gener - PGA
, PGB
og PGC
- i genomene til menneske, hund, opossum, kylling, øgle, og frosk [18-21]. Det er velkjent at gener som koder for pepsinogens har gjennomgått flere utvidelser i løpet av evolusjonen virveldyr, som fører til nærværet av minst tre til seks distinkte funksjonelle medlemmer i genomene til disse organismene (figur 2a). I tillegg har en duplisering hendelse i PGC
i therian linjen resulterte i dannelsen av PGB
, som synes å være funksjonelle i opossum og hund, og i den sistnevnte har trolig erstattet funksjon av PGC
, som er blitt inaktivert ved pseudogenization. Den loci som inneholder disse pepsinogen gener er blitt sterkt konservert gjennom evolusjon og deres flankerende gener er også en perfekt konservert i både orden og nukleotidsekvens i virveldyr genomer (figur 2a).
Analyse av nebbdyr bakterielle kunstige kromosomer (BACS) og /eller fosmids som svarer til disse regionene viste at genene som flankerer pepsinogen gener i andre arter er konservert og kartlegge til den tilsvarende syntenic regionen av nebb genomet (figur 2). Imidlertid er en DNA-probe som svarer til murine pepsinogen A mislyktes i å hybridisere med de analyserte nebbdyr BACS eller fosmids spenner over de regioner av interesse (se Ytterligere datafil 1). Videre fullstendig sekvensering av nebbdyr genomiske regioner flankert av TFEB Hotell og FRS3
samt av C1orf88 Hotell og CHIA2
ikke klarte å oppdage eventuelle gener som koder pepsinogen C eller pepsinogen B, henholdsvis. I tillegg, og for å teste muligheten for at pepsinogen gener er blitt overført til andre loci i løpet av nebb evolusjonen, en Southern blot-analyse med den samme probe ble utført ved anvendelse av totalt genomisk DNA. Denne analysen resulterte i fravær av hybridisering når genomisk DNA fra nebb og ett Echidna art (Tachyglossus aculeatus
) ble anvendt, mens den samme sonde lett oppdages to hybridiseringsbetingelser bånd i flere evolusjonære fjerntliggende arter som øgle (Podarcis Hispanica
) og kylling (data ikke vist).
Sammen utgjør disse dataene indikerer at genene som koder for disse mage proteaser er spesielt slettet i genomet til monotremes, sannsynligvis resulterer i viktige forskjeller i fordøyelsen av kosttilskudd proteiner i disse artene sammenlignet med andre virveldyr.
tap eller inaktivering av nebbdyr gener involvert i mage syresekresjon
Pepsinogens er syntetisert ved øverste celler i oxyntic kjertlene i magen som inaktive forløpere som blir aktivert når de blir utsatt for den lave pH i magevæske [22]. Sekresjonen av saltsyre er stimulert av den gastriske hormonet gastrin, som frigjøres ved enteroendocrine G celler som er til stede i pyloric kjertler i respons til aminosyrer og fordøyde proteiner. For å prøve å forlenge de ovennevnte funnene på fravær av pepsinogen gener i Platypus, evaluert vi neste muligheten for at genet som koder for gastrin (GAST
) kan også være fraværende fra Platypus genomet.
Etter komparativ genomisk analyse etter samme strategi som i tilfelle av pepsinogen gener, vi klarte å oppdage eventuelle bevis for tilstedeværelsen av GAST
i nebbdyr (se Tilleggs datafil 1), noe som antyder at magesyre kan også bli svekket i denne arten. I samsvar med denne observasjonen, parallelt genomisk analyse viste også at α subenhet av H + /K + - ATPase (ATP4A
), som er ansvarlig for surgjøring av mageinnholdet ved parietalceller, har også blitt slettet fra Platypus genom. Dette gen, som er til stede fra fisk til amniotes, har vært sterkt konservert gjennom evolusjon, men er fraværende fra nebb genomet sammenstillingen (figur 3a). Også i likhet med tilfellet med pepsinogen gener, det ATP4A
tilgrensende gener (TMEM147
og KIAA0841
), som er til stede i fisk, therians, og kylling, ble lett identifisert i Vertikal. Således analyse av en fosmid klon som tilsvarer denne regionen med en sonde for den mest proksimale genet (TMEM147
) resulterte i påvisning av en spesifikk hybridisering bånd i nebb (se Ytterligere datafil 1). Imidlertid kan ingen hybridiserings- bånd påvises i nebb fosmid Kaag-0404B19, eller totalt genomisk DNA fra nebb og T. aculeatus
ved bruk av et humant avledet ATP4A
probe, noe som ellers gjenkjennes spesifikke bånd i mus, kylling, og lizard (Tilleggs datafil en og data ikke vist). Disse resultatene forlenge ovennevnte funn på mage protease-gener og vise at andre gener som er involvert i fordøyelses aktiviteten av mavesaft har også blitt selektivt slettet fra genomene til monotremes. Figur 3 Fravær av en funksjonell mavesyre-sekresjon H + /K + -ATPase i monotremes. (A) fylogenetisk tre som viser fordelingen av en funksjonell α subenhet av H + /K + -ATPase-genet (ATP4A
) i virveldyr, noe som indikerer rødt fraværet av dette gen i Vertikal. Prosentandelen av identiteter på proteinnivå ATP4A fra menneske (Homo sapiens
), hund (Canis familiaris
), opossum (Monodelphis domestica
), lizard (Anolis carolinensis
), kylling (Gallus gallus
), og frosk (Xenopus tropic
) er vist i gule bokser. (B) Gene struktur av ATP4B
og aminosyresekvensen innretting av de angitte eksonene med ATP4B fra forskjellige virveldyrarter, deriblant teleost fish stingsild (Gasterosteus aculeatus
). Electropherograms og sekvens oversettelse av nebbdyr ATP4B
eksoner 3, 4 og 7 viser tilstedeværelse av premature stoppkodoner og et rammeskifte (rød pil). MYA, millioner år siden.
Vi neste undersøkt muligheten for at mekanismer forskjellige fra de som involverer den spesifikke sletting av mage-genene kan også bidra til den tilsynelatende tap i nebb av evolusjonært konserverte fordøyelsesfunksjoner. Denne analysen førte oss til å konkludere med at to kjente mage gener - nemlig CTSE Hotell og ATP4B product: [23-25], som koder for aspartylprotease cathepsin E og β-subenheten til H + /K + - ATPase, henholdsvis - har blitt inaktivert av pseudogenization. Derfor må vi først observert at nebbdyr genom inneholder sekvenser med høy likhet med både mage gener i de tilsvarende syntenic regioner, noe som tyder på at CTSE Hotell og ATP4B
kan faktisk være funksjonelle gener i Platypus. Imidlertid ytterligere detaljert analyse av deres nukleotidsekvens vist at CTSE
er ikke-funksjonelt i denne arten både på grunn av tilstedeværelsen av et for tidlig stoppkodon i exon 7 (Lys295Ter) og til tap av seks av de ni eksoner. Likeledes har genet som koder for ATP4B blitt pseudogenized i Vertikal på grunn av tilstedeværelsen av premature stoppkodoner i eksoner 3 og 4 (Tyr98Ter og Lys153Ter), samt et rammeskifte i exon 7 (figur 3b). Denne observasjon, sammen med tapet av ATP4A
i Vertikal, bekrefter fraværet av en funksjonell H + /K + - ATPase i denne virveldyr og tilveiebringer i det minste en del av forklaringen på den manglende syre sekretet i Platypus magen; Dette er et karakteristisk trekk ved monotremes, hvis gastric juice er over pH 6 [14].
Tap av mage gener under nebbdyr evolusjonen
pattedyr magen er foret med en kjertel epitel som inneholder fire store celletyper [26] : slimete, parietal, sjef, og enteroendocrine celler. Dataene som er presentert ovenfor viser at gener som koder for forskjellige produkter av disse fire hovedcelletyper i kjertel gastrisk epitelium er selektivt fjernet eller inaktivert i løpet av evolusjonen Kloakkdyr (figur 1 og tabell 1). Selv om genene som koder proteaser har vist seg å bli utsatt for prosesser av genet gevinst /tapshendelser i både virveldyr og virvelløse genomer [5, 16, 27], vi har bestemt at disse genet tapshendelser observert i nebbdyr mage gener ikke representerer en generelle fremgangsmåte som berører alle proteiner som er involvert i fordøyelsen, for analyse av gener involvert i gastrointestinale funksjoner avslørte at de koder for proteaser og hormoner uttrykt i tarmen eller eksokrine pankreas fra eutherians er perfekt konservert i nebb (figur 1). Det synes derfor at det har vært en selektiv tap av nebbdyr gener ansvarlig for den biologiske aktiviteten av mage juice.Table en oppsummering av gener involvert i gastrisk funksjon i Platypus
Protein <.no> Gene
Status i Platypus genomet
Bekreftende bevis
ATPase, H + /K + utveksling, α polypeptid
ATP4A
Fraværende
Southern blot
ATPase, H + /K + utveksling, β polypeptid
ATP4B
pseudogen
PCR /direkte sekvense
Cathepsin E
CTSE
pseudogen
PCR /direkte sekvense
Gastrin
GAST
Fraværende
Southern blot
Neurogenin 3
NGN3
Fraværende
Southern blot
Pepsin A
PGA
Fraværende Southern blot /sekvense
Pepsin C
PGC
Fraværende
Southern blot /sekvense
Gastric egenverdi faktor
GIF
Present (uttrykk bukspyttkjertelen)
RT-PCR
chymosin
CYMP
Present (uttrykk ikke er påvist)
Sequencing /RT-PCR
RT, -PCR, revers transkripsjon polymerase chain reaction.
å løse dette spørsmålet ytterligere, ved siden utførte vi et detaljert søk etter den antatte forekomst i Platypus genomet av funksjonelle gener som koder for proteiner utskilt av mage kjertler. Dette søket førte oss til identifisering av to gener med interessante egenskaper i denne forbindelse. Genet som koder for gastrisk intrinsic faktor (GIF
), som er nødvendig for absorpsjon av vitamin B 12, har en perfekt konservert i Vertikal. Dette proteinet blir utskilt av øverste eller parietalceller i de fleste eutherians, men det er i hovedsak produsert av bukspyttkjertelen celler hos hunder, samt i opossum, der ingen gastrisk ekspresjon kan påvises [28, 29]. Det er derfor sannsynlig at uttrykket av dette genet var bukspyttkjertelen før den prototherian-therian split, og indre faktor kan fortsatt bli utskilt av bukspyttkjertelen i Platypus, hvor den kan utøve sin fysiologiske funksjon.
For å undersøke denne muligheten, vi gjennomført RT-PCR analyse ved hjelp av spesifikke primere for GIF Hotell og RNA fra ulike vev fra enten nebbdyr eller echidna (T. aculeatus
). Dette tillot oss å finne at GIF
ekspresjon kan påvises i bukspyttkjertelen, og lavere ekspresjon kunne også påvises i leveren så vel som i echidna hjernen, mens ingen ekspresjon ble påvist i muskel eller hjerne fra nebb (se Ytterligere datafil 2 ). Derfor er disse funnene tyder på at, i likhet med tilfelle av pungdyr, er GIF
genet også uttrykkes av bukspyttkjertelen i monotremes. En lignende situasjon kan forekomme i tilfelle av chymosin, en aspartylprotease som deltar i melk koagulering ved begrenset proteolyse av κ kasein [30]. Chymosin er til stede i kylling og i de fleste pattedyrarter, selv om det er blitt inaktivert ved pseudogenization hos mennesker og andre primater [2, 31]. Vår genomisk analyse også oppdaget et gen som inneholder en komplett åpen leseramme som kan utgjøre en funksjonell chymosin gen i Platypus genomet. Dette funn, sammen med fravær av løselige pepsin og cathepsin E i Vertikal, antyder at chymosin kan være den eneste aspartylproteasen med evne til å bidra til mat fordøyelse i magesekken av nebb. Likevel er det svært usannsynlig at chymosin kan kompensere for manglende pepsin aktivitet i Platypus magen på grunn av sin mye lavere proteolytisk aktivitet sammenlignet med den av pepsin [30]. I tillegg kan den høye pH-verdien i magen nebb hindre zymogen aktivering og proteolytisk aktivitet av denne peptidase. Endelig er det mulig at, i likhet med tilfellet med den indre faktor, Vertikal chymosin kan også bli produsert av andre vev. I denne forbindelse har vi vært i stand til å påvise ekspresjon av dette gen i en hvilken som helst av de analyserte vev ovenfor (data ikke vist), selv om dens antatte deltakelse i fordøyelsen av diettproteiner bør videre karakteriseres.
Tap av mage funksjon i prototherians er unik blant virveldyr, fordi dette organ har vært funksjonell i mer enn 400 millioner år, fra fisk til therians og fugler, og det har blitt tilpasset til spesielle diettvaner, noe som resulterer i dannelsen av flere kamre i fugler og drøvtyggere [ ,,,0],32]. I motsetning til dette er magen av nebb fullstendig aglandular og har blitt redusert til en enkel utvidelse av den nedre øsofagus [14, 15]. Det er bemerkelsesverdig at enkelte fiskearter som sebrafisk (Danio rerio
) og pufferfish (Takifugu rubripes
) har også mistet sine mage kjertler under utvikling, selv om dette faktum ikke har tilsynelatende ført til tap av så mange mage gener i disse teleoster som i Platypus [33, 34]. På den annen side, den lille magen, høy pH av magevæske, og mangel på gastriske kjertler i echidna, sammen med det funn at noen av de gastriske genene tapt i nebb er også fraværende i T. aculeatus
, tyder på at tap av magen funksjon og mage gener i monotremes skjedde før nebbdyr-echidna split, mer enn 21 MYA [10]. Det er imidlertid vanskelig å fastslå om tapet av mage gener i nebbdyr har overdratt en selektiv fordel under utvikling, eller om de har gått tapt som følge av en avslappet begrensning på grunn av flere endringer i denne arten.
I denne forbindelse , er det mulig at tapet av mage-gener i monotremes kunne ha gitt en selektiv fordel til denne populasjonen mot parasitter og patogener som er avhengige av nærvær av en sur pH-verdi i magen for deres infeksjon eller forplantning, eller bruk av celleoverflateproteiner slik som ATP4A, ATP4B, eller CTSE som reseptorer for infeksjon. Skulle dette være tilfelle, da dette ville representere et klart eksempel på den "mindre-er-mer 'hypotese [35, 36], som postulerer at tapet av et gen kan gi en selektiv fordel under spesielle forhold. Ikke desto mindre, i fravær av ytterligere data, kan det ikke utelukkes at ytterligere endringer i fordøyelsessystemet monotremes gjort irrelevant funksjon av genene som beskrives i dette arbeidet, og de ble utsatt for akkumulering av skadelige mutasjoner på grunn av en avslappet begrensning . Men et interessant spørsmål på dette punktet er hvorvidt ytterligere strategier har blitt adoptert av nebbdyr å oppnå effektiv protein fordøyelse i fravær av en rekke mage enzymer. Endringer i matinntaket, for eksempel fôring på insektlarver, som er lett fordøyelig; tilstedeværelse av spesifikke anatomiske strukturer, slik som sliping plater eller kinnposer, som tillater mat finmaling og lagring; og den antatte forekomsten av en karakteristisk gastrointestinale flora i Platypus kan utgjøre mekanismer som denne arten har overvunnet tapet av en funksjonell mage.
annet spørsmål reist av denne komparativ genomanalyse er om tapet av alle de ovennevnte diskutert gener er forårsake eller konsekvens av denne spesielle Platypus mage fenotype. Delesjon av genet som koder for gastrin kan ha bidratt til denne fremgangsmåten, fordi mus som mangler gastrin oppviser en atrofi av oxyntic mucosa, med et redusert antall parietal og enteroendocrine celler, aklorhydri, og redusert tykkelse mucosa [37-39]. I tillegg inaktivering av ATP4B
har vist seg å gi en signifikant reduksjon i pepsin-produserende øverste celler og endringer i strukturen til parietalceller [25]. Videre tap av PGA
kan også bidra til gastrisk atrofi er observert i nebb, fordi dette protease ble nylig vist å være nødvendig for behandling og aktivering av morfogen sonic hedgehog (Shh) i magen [40]. Derfor sletting eller inaktivering av gastrin, syre-sekresjon ATPase, og pepsinogen A kunne ha bidratt til en betydelig reduksjon i dannelsen av mage kjertler i monotremes. Likevel kan vi ikke forkaste den mulighet at magen funksjon gikk tapt på annen urelatert mekanisme, og - i fravær av et selektivt trykk for å opprettholde de genene som koder for proteiner involvert i den gastriske funksjon - disse genene ble tapt ved pseudogenization og /eller sletting hendelser. Imidlertid kan den eksklusive fravær av disse genene ikke forklare den betydelige reduksjonen i størrelse observert i magen av nebbdyr, noe som tyder på at andre faktorer kan være ansvarlig for denne karakteristiske trekk.
Å evaluere denne muligheten, må vi først valgt en serie av gener tidligere beskrevet å påvirke magen størrelse hos mus og undersøkte dens antatte tilstedeværelse og sekvenskonservering i nebbdyr genomet (Tilleggs datafil 3). Denne analysen tillot oss å fastslå at genet som koder neurogenin-3 har gått tapt i Platypus (Tilleggs datafil 1 og tabell 1).
Neurogenin-3 er en transkripsjonsfaktor hvis aktivitet er nødvendig for spesifikasjon av mage epitelceller identitet og mangel på denne faktoren resulterer i betydelig mindre magene og fravær av gastrin-utskillende G celler, somatostatin-sekresjon D celler og glukagon-sekresjon A celler [41]. Derfor er det fristende å spekulere i at neurogenin-3 kan være en kandidat-gen for å forklare, i det minste delvis, de morfologiske forskjeller mellom nebb mage, og at andre virveldyr. Likevel vil videre undersøkelser av rollen til neurogenin-3 i forskjellige arter være nødvendig å tillegge en rolle til denne transkripsjonsfaktoren i å definere strukturelle eller funksjonelle forskjeller i magesekken i løpet av evolusjonen pattedyr.
Mekanismer som er involvert i tap av mage-gener i Vertikal
slutt, i dette arbeidet har vi også undersøkt mulige mekanismer ansvarlig for tap av mage gener i Platypus genomet. En første mulighet i denne forbindelse bør være forekomsten av rettet genet tap spesielt oppstår i Platypus og Zaglossus
to bevarte Echidna arter og Tachyglossus
. Som et første skritt i denne analysen, og basert på nyere studier av spesifikke gener tap i hominoid evolusjon [42] undersøkte vi hypotesen om at mage gener ble uavhengig slettet i Platypus av ikke-alleliske homolog rekombinasjon eller ved innsetting av repeterende sekvenser. I samsvar med denne muligheten, og etter avtale med den økte aktiviteten av ispedd elementer i Platypus genomet [10, 43], har vi funnet at CTSE
genet har blitt avbrutt i Platypus ved innsetting av lange ispedd elementer (linjer) og korte utblandet elementer (sinus) i exon 7 og 9, forstyrre det proteinkodende regionen (figur 4). Interessant, ekson 9 ble avbrutt ved innsetting av en LINE2 Plat1m element, som ble ytterligere avbrutt ved innsetting av en sinus Mon1f3 element (figur 4). I denne forbindelse har analyse av ulike utblandet elementer i nebb genomet avslørte at hovedaktivitetsperiode av Mon1f3 elementer var mellom 88 og 159 MYA [10], noe som indikerer at pseudogenization av CTSE
kan ha forekommet i løpet av denne perioden, og noe som tyder på at inaktivering av mage gener i monotremes startet minst 88 MYA. Videre er høy overflod av repeterende elementer i CTSE
regionen (mer enn 3,8 ispedd elementer per kilobase sammenlignet med 2 for genomet gjennomsnittlig [10]) kan ha bidratt til sletting av seks av de ni eksoner av CTSE
av ikke-alleliske homolog rekombinasjon mellom disse repeterende elementer. Den variable tetthet av ispedd elementer i regionene undersøkt i denne studien øker muligheten for at lignende mekanismer som er observert i CTSE
kan ha vært ansvarlig for fullstendig sletting av andre mage gener, selv om deltakelse av andre mekanismer i denne prosessen ikke kan utelukkes. Figur 4 Inaktivering av CTSE
-genet ved innsetting av islett-elementer. Genetisk kart over CTSE
locus i Platypus genomet viser avbrudd av eksoner 7 og 9 av ispedd elementer. Topp- og bunnpanelene viser et mer detaljert riss av eksoner 7 og 9, henholdsvis, noe som indikerer nukleotidsekvensen av eksoner og forstyrre lang islett element (LINE) 2 og korte utblandet element (sinus) elementer. bp, basepar.
Konklusjon
Oppsummert har detaljert analyse av nebbdyr genomsekvens tillatt oss å vise at en rekke gener som er involvert i fordøyelsen i magen spesifikt har blitt slettet eller inaktivert i denne arten , så vel som i echidna. Det er bemerkelsesverdig at de resultatene som er presentert her, kan utgjøre en eksepsjonell eksempel på mindre-er-mer evolusjonær modell [35, 36], både for det antall gener som er involvert, så vel som for de fysiologiske konsekvenser utledet fra disse genetiske tap.

• De kliniske presentasjoner av ektopisk galle drenering i duodenal bulbus og mage med en grundig gjennomgang av dagens literature
• Funksjonelle utfall etter rekonstruksjon teknikk følgende laparoskopisk proksimale gastrektomi for magekreft: dobbel kanalen versus jejunal interposition