Strata génov podieľajúcich sa žalúdočné funkciu v priebehu evolúcie vtákopysk

Strata génov podieľajúcich sa žalúdočné funkciu počas evolúcie vtákopysk
abstraktné
pozadia
kačica-účtoval Platypus (Ornithorhynchus anatinus
) patrí k cicavčím podtriedy Prototheria, ktorý sa líšil od línie Theria čoskoro v evolúcii cicavcov , Sekvencia vtákopysk genóm poskytuje jedinečnú príležitosť osvetliť niektoré aspekty biológie a evolúcie týchto zvierat.
Výsledky
Ukázali sme, že niekoľko génov zapojených do trávenie potravy v žalúdku boli odstránené alebo inaktivovaný v platypus. Porovnanie s inými stavovcov genómy ukázala, že hlavné gény podmieňujúce tvorbu a aktivitu žalúdočnej šťavy boli stratené v platypus. Patrí medzi ne aspartylproteázách pepsinogénu A a pepsinogens B /C, sekréciu kyseliny chlorovodíkovej stimulačné hormón gastrín a α podjednotku žalúdočné H + /K + - ATPázy. Iné gény zapletené v žalúdočných funkcií, ako je napríklad beta podjednotky H + /K + - ATPázy a-aspartyl-proteázy katepsin E, ktoré boli inaktivované kvôli obstaranie so stratou funkcie mutácií. Všetky tieto gény sú vysoko konzervatívne u stavovcov, čo odráža unikátny vzor evolúcie v Platypus genóme nie je už skôr pozorované v iných cicavčích genómov.
Záver
Pozorovaný úbytok génov podieľajúcich sa na žalúdočné funkcie by mohla byť zodpovedná za anatomické a fyziologické rozdiely v tráviacom trakte medzi monotremes a iných stavovcov, vrátane malej veľkosti, nedostatok žliaz a vysoké pH monotreme žalúdka. Táto štúdia prispieva k lepšiemu pochopeniu mechanizmov, ktoré sú základom vývoj vtákopysk genómu môže predĺžiť menej je viac-evolučného modelu na monotremes, a poskytuje nové poznatky o význame stratových gén udalostí počas cicavčie evolúcie.
pozadia
jedným z hlavných cieľov v sekvencovania genómov rôznych je identifikovať genetické zmeny, ktoré sú zodpovedné za fyziologické rozdiely medzi týmito organizmami. V tomto ohľade je porovnanie medzi ľudskými a hlodavcov genómov identifikovala rozšírenie hlodavcov génov, ktoré sa podieľajú na hnojenie a dozrievanie spermií, obrany hostiteľa, zápachu vnímania, alebo detoxikáciu [1-3], čo potvrdzuje na genetickej úrovni fyziologické rozdiely v týchto procesov medzi ľuďmi a hlodavcov. Okrem toho vývoj špecifických biologických procesov v priebehu vývoja, napríklad produkcie mlieka u cicavcov, bola sprevádzaná výskytom nových génov, ktoré majú na svedomí týchto nových funkcií, ako je kazeín a alfa-laktalbumín [4]. Preto sa zdá, že získanie nových fyziologických funkcií v priebehu evolúcie stavovcov bol poháňaný generovaním nových génov, ktoré spĺňajú tieto novšie funkcie. Avšak, aj keď gén zisky predstavujú intuitívne mechanizmus pre vývoj nových biologických funkcií, génovej straty boli tiež dôležité, v priebehu evolúcie, ako aj kvantitatívneho hľadiska [5-9]. Nedávno bola uvedená na mnohých stavovcov genómov otvorila možnosť vykonávať rozsiahle evolučnej analýzy s cieľom identifikovať diferenciálnej génov zodpovedných za špecifické rozdiely v jednotlivých biologických procesoch.
Kačica-účtoval Platypus (Ornithorhynchus anatinus
) predstavuje cenným zdrojom pre rozpletení molekulárne mechanizmy, ktoré boli aktívne v priebehu evolúcie cicavcov, a to ako vzhľadom k svojej polohe a fylogeneticky prítomnosti jedinečných biologických charakteristík [10]. Spolu s echidnas, vtákopysk ustanoví MONOTREMATA podtriedy (prototherians); To je jeden z dvoch podtried, do ktorých sú rozdelené cicavcov, spolu s therians, ktoré sa ďalej delia do vačkovce (metatherians) a placental cicavce (eutherians) [11]. Vzhľad cicavcov špecifické charakteristiky, ako je homeothermy, prítomnosť kože a prsné žľazy robí tento organizmus kľúčovým prvkom pri objasnení genetické faktory, ktoré sa podieľajú na vzhľade týchto biologických funkcií. Avšak, od posledného cicavcov spoločného predka, pred viac ako 166 miliónov rokov (MYA) [12, 13], ďalšie vlastnosti sa objavili, ako je napríklad prítomnosť jedových žliaz alebo electroreception, a niektoré stavovcov charakteristiky boli stratené, čo má za následok absencia dospelých zubov alebo jeho funkčného žalúdka [14, 15].
v tejto práci sme ukazujú, že došlo k selektívnej mazanie a inaktivácia v Platypus genómu niekoľkých génov, ktoré sa podieľajú na činnosti žalúdka, vrátane všetky gény kódujúce pepsín proteázy, ktoré sú zapojené do úvodného štiepenie proteínov v kyslom pH v žalúdku, rovnako ako gény vyžadované pre sekréciu kyseliny v tomto orgáne (obrázok 1). Strata a inaktiváciu takýchto génov poskytujú molekulárnej základ pre pochopenie mechanizmov, ktoré sú zodpovedné za absencie v Platypus funkčného žalúdku, a rozšíriť naše vedomosti o vývoji cicavcov genómov. Obrázok 1 Schéma eutherian tráviaceho systému, čo ukazuje žalúdočné žľazy a špecifických typov buniek. Proteíny vylučované každý bunkový typ a priamo zapojených do trávenie potravy sú uvedené, zvýraznenie v červených tých proteínov, ktoré sa nevyskytuje v platypus. * Žalúdočné vnútorný faktor sa vyrába parietálnych buniek u ľudí, ale v pankrease monotremes a iné cicavce.
Výsledky a diskusia
strata pepsínu génov v genóme Platypus
priebehu počiatočnej anotácie a charakterizácia Platypus genóm, sme zaznamenali absenciu niekoľkých proteázy génov v tomto organizme, ktoré boli prítomné v iných cicavčích druhov [2, 10]. Väčšina z týchto stratených proteázy gény kódujú členmi rýchlo sa vyvíjajúcimi proteázy rodiny, vrátane proteázy, ktoré majú na svedomí imunitných funkcií, spermatogenézy, alebo oplodnenie [2, 16]. Avšak, keď sme vykonali ďalšiu podrobnú analýzu všetkých týchto proteázy génov stratených v Platypus, sme pozorovali, že tieto kódovacie tri hlavné žalúdočné aspartyl proteázy (pepsinogénu A, pepsinogénu B a gastricsin /pepsinogénu C) boli tiež chýbajúce zo zostavy vtákopysk genómu , Tieto proteázy sú zodpovedné za proteolytického štiepenia potravinových proteínov v kyslom pH v žalúdku, a boli vysoko konzervatívny evolúciou, z rýb na cicavce a vtáky [17]. Gény kódujúce tieto proteázy (PGA
, PGB stroje a PGC
) sú umiestnené v rôznych chromozómov lokusy, ktorých celková štruktúra bola tiež dobre konzervované vo väčšine stavovcov genómu, vrátane platypus (obrázok 2). Z tohto dôvodu sa ukázalo, nepravdepodobné, že by ich absencia v platypus by mohlo byť spôsobené neúplnosti zostavy genómu v špecifickej chromozomálne oblasti. Okrem toho, analýza viac ako 2 milióny stopových sekvencií, ktoré nie sú prítomné v zostave a vyjadrené sekvencie tag (EST) sekvencie z rôznych Platypus tkanív [10], tiež nedokázal poukazujú na niektoré z týchto pepsinogénu génov, posilnenie hypotézu, že už konkrétne vypúšťa do genómu tohto cicavca. Obrázok 2 Zmazanie génov pepsinogénu kódovanie v vtákopysk genómu. (A) mapa syntenii týchto miest, obsahujúce PGB stroje a PGC
u stavovcov vykazuje silný zachovanie génov kódujúcich pepsinogénu C a jeho obklopujúcimi gény, s výnimkou Platypus, v ktorej PGC
výslovne bola vypúšťa. Obrázok tiež ukazuje, ako sa gén kódujúci pepsinogén B sa objavil v therians v dôsledku zdvojenia PGC
do blízkeho lokuse, nasleduje translokácie. Zodpovedajúce oblasť na vtákopysk genómu chýba gén pepsinogénu-kódovanie. Funkčné pepsinogénu gény sú sfarbené na modro, zatiaľ čo pepsinogénu pseudogeny sú v červenej farbe. Pre človeka a psa, ktorý prešiel translokáciu PGB
lokuse, chromozómy sú uvedené na ľavej strane. Genómu sekvencie sú analyzované z platypus (Ornithorhynchus anatinus
), ľudský (Homo sapiens
), psom (Canis familiaris
), vačice (Monodelphis domestica
), jašterica (Anolis carolinensis
) , kura (gallus gallus
), a žaba (Xenopus tropicalis
). (B) mapa syntenii PGA
lokuse u rôznych druhov stavovcov ukazuje vypustenie tohto žalúdočnej proteázy génu v Platypus genómu. Bakteriálna umelé chromozómy (BAC) a fosmids použité v štúdii sú uvedené v hornej časti každého panelu. . Génové farby a stupnice sú rovnaké ako v panelom
Skúmať túto možnosť ďalej, najprv v porovnaní genómovej organizáciu týchto génov proteázy tri aspartyl - PGA, PGB
a PGC štáty - v genómy človeka, psa, vačice, kurča, jašterice a žaby [18-21]. Je dobre známe, že gény kódujúce pepsinogens prešli niekoľkými expanzie počas evolúcie stavovcov, čo vedie k prítomnosti aspoň troch až šiestich rôznych funkčných členov v genómoch týchto organizmov (Obrázok 2A). Navyše udalosť duplikácie v PGC
v therian línia má za následok tvorbu PGB
, ktorý sa zdá byť funkčné v vačice a psa, a v druhom prípade pravdepodobne nahradil funkciu PGC
ktorý bol inaktivovaný pseudogenization. Lokusy obsahujúce tieto pepsinogénu gény boli veľmi zachované evolúciou, a ich susediace gény sú tiež dokonale zachovala ako v poradí a nukleotidové sekvencie v genóme stavovcov (obrázok 2a).
Analýza Platypus bakteriálne umelé chromozómy (BAC) a /alebo fosmids zodpovedajúce týchto oblastí bolo zistené, že gény ohraničujúce pepsinogén gény v iných druhoch, sú zachované a mapovať na zodpovedajúce syntenic oblasti Platypus genómu (obrázok 2). Avšak, DNA sondou zodpovedajúce myšou pepsinogénu neúspešnom krížiť s analyzovaných vtákopysk BAC alebo fosmids klenout sa nad oblasťou záujmu (pozri doplnkovú dátového súboru 1). Okrem toho, úplné sekvencovania Platypus oblastiach genómu lemované treba stroje a FRS3
ako aj C1orf88 stroje a CHIA2
nepodarilo detekovať gény kódujúce pepsinogénu C alebo pepsinogénu B, resp. Okrem toho, a za účelom testovania možnosť, že pepsinogénu gény boli prevedené do inej loci počas evolúcie Platypus, škvrnou Southern analýza s rovnakou sondou sa vykoná pod celkovou genómovej DNA. Táto analýza viedla k neprítomnosti hybridizácie, kedy bola použitá genomická DNA z platypus a jedného druhu austrálska (Tachyglossus aculeatus
), zatiaľ čo rovnaké sondy ľahko detekované dva hybridizačné pásma vo viacerých vývojových vzdialených druhov, ako sú jašterice (Podarcis hispanica
) a kuracie (dáta nie sú uvedené).
Dohromady tieto údaje naznačujú, že gény kódujúce tieto žalúdočné proteázy boli špeciálne odstránené v genóme monotremes, pravdepodobne za následok veľké rozdiely v trávenie potravinových proteínov v týchto druhov v porovnaní iných stavovcov.
strata alebo inaktiváciu Platypus génov podieľajúcich sa sekrécia žalúdočnej kyseliny
Pepsinogens sú syntetizované hlavnými bunkami v oxyntických žliaz žalúdku ako neaktívne prekurzory, ktoré sa stávajú aktivované, keď sú vystavené nízkym pH z žalúdočné tekutiny [22]. Sekrécie kyseliny chlorovodíkovej je stimulovaná žalúdočné hormón gastrín, ktorý je uvoľnený od enteroendokrinních G buniek, ktoré sú prítomné vo vrátnika žliaz v reakcii na aminokyseliny a stráviteľné bielkoviny. Pokúsiť sa rozšíriť vyššie uvedené závery o absencii pepsinogénu génov v Platypus, máme ďalšiu vyhodnotená možnosť, že gén kódujúci gastrín (GAST
) môže byť tiež chýba Platypus genómu.
Po komparatívnej genómovej analýze, ktorý nasleduje po rovnaká stratégia ako v prípade pepsinogén génov, sa nám nepodarilo zistiť žiadne dôkazy o prítomnosti Gast
v platypus (pozri Doplnkové dátového súboru 1), čo naznačuje, že vylučovanie kyseliny môžu byť tiež znížená u tohto druhu. V súlade s týmto pozorovaním, paralelný genomická analýza tiež ukázala, že α podjednotka H + /K + - ATPázy (ATP4A
), ktorý je zodpovedný za okyslenie obsahu žalúdka parietálnych bunkách, bol tiež odstránený z vtákopysk genómu. Tento gén, ktorý je prítomný v množstve od rýb amniotes, bol vysoko konzervované evolúciou, ale chýba zostavy Platypus genómu (Obrázok 3a). Podobne ako v prípade pepsinogénu génov, o ATP4A
-flanking gény (TMEM147 stroje a KIAA0841
), ktoré sú prítomné v rybách, therians a kuracieho mäsa, boli ľahko identifikované v platypus. Tak, analýza fosmid klonu zodpovedajúce tejto oblasti so sondou pre najviac proximálna génu (TMEM147
) viedlo k detekcii špecifickej hybridizácie skupina v platypus (pozri ďalšie dátový súbor 1). Avšak, žiadna hybridizácia pásy mohli byť detekované v platypus fosmid Kaag-0404B19, alebo úplné genomickej DNA z platypus a T. aculeatus
u ľudského odvodený ATP4A
sondu, ktorá inak uznávaný špecifické kapiel myš, kurča, a jašterica (Ďalší súbor dát 1 a dáta nie sú uvedené). Tieto výsledky rozšírenia uvedených zistení génov žalúdočných proteázy a ukazujú, že iné gény zapojené do zažívacieho aktivity žalúdočnej šťavy boli tiež selektívne odstránený z genómov monotremes. Obrázok 3 Neprítomnosť funkčného žalúdočnej kyseliny secernujúce H + /K + -ATPázu v monotremes. (A) Phylogenetic strom zobrazujúci rozloženie funkčné podjednotky na H + /K + -ATPázu génu (ATP4A
) v stavovcov, čo ukazuje na červeno neprítomnosť tohto génu v vtákopysk. Percento identity na úrovni proteínu ATP4A od človeka (Homo sapiens
), psom (Canis familiaris
), vačice (Monodelphis domestica
), jašterica (Anolis carolinensis
), kuracie (Gallus gallus
), a žaba (Xenopus tropicalis
) je uvedený v žltých polí. (B) Gene štruktúra ATP4B stroje a aminokyselinové sekvencie vyrovnanie uvedených exónov s ATP4B z rôznych druhov stavovcov vrátane teleost rýb stickleback (Gasterosteus aculeatus
). Elektroferogramy a sekvencie preklad Platypus ATP4B
exónov 3, 4, a 7, ukazujúce na prítomnosť predčasných stop kodónu a posunové (červená šípka). MYA, pred miliónmi rokov.
Ďalej sme skúmali možnosť, že mechanizmy odlišné od tých, ktoré zahŕňajú špecifické odstránenie žalúdočných génov by tiež mohla prispieť k zjavný úbytok v platypus evolučne konzervovaných tráviacich funkcií. Táto analýza nás viedlo k záveru, že dva dobre známy žalúdočné gény - konkrétne CTSE stroje a ATP4B
[23-25], ktoré kódujú aspartyl proteázy katepsin E a beta podjednotku H + /K + - ATPázy, resp - boli inaktivované pseudogenization. Preto sme najprv uviesť, že Platypus genóm obsahuje sekvencie s vysokou podobnosť s oboma žalúdočnej génov zodpovedajúcich syntenic oblastí, čo naznačuje, že CTSE stroje a ATP4B
by skutočne mohla byť funkčná gény v platypus. Avšak, ďalšie podrobná analýza ich nukleotidové sekvencie zistené, že CTSE
je nefunkčný u tohto druhu do oboch k prítomnosti predčasný stop kodóne v exóne 7 (Lys295Ter) a k strate šiestich z deviatich exónov. Podobne, gén kódujúci ATP4B bola pseudogenized v platypus z dôvodu prítomnosti predčasných stop kodónov v exóne 3 a 4 (Tyr98Ter a Lys153Ter), ako aj frameshift v exóne 7 (obrázok 3b). Toto pozorovanie, spolu so stratou ATP4A
v Platypus, potvrdzuje absenciu funkčného H + /K + - ATPázy v tomto stavovcov a poskytuje aspoň časť vysvetlenie pre nedostatok kyseliny sekrécia v vtákopysk žalúdku; To je charakteristickým rysom monotremes, ktorého žalúdočnej šťavy je vyššia než pH 6 [14].
Strata žalúdočných génov počas vývoja Platypus
cicavčie žalúdka lemuje žľazového epitelu, ktorý obsahuje štyri hlavné typy buniek [26] : sliznice, temennej, predné a enteroendokrinní bunky. Údaje uvedené vyššie ukazujú, že gény kódujúce rôzne výrobky z týchto štyroch hlavných typov buniek žalúdočnej žľazového epitelu boli selektívne odstránené alebo inaktivované počas evolúcie monotreme (obrázok 1 a tabuľka 1). Aj keď bolo preukázané, že gény kódujúce proteázy, ktoré majú byť podrobené procesu génovej zisk /strata udalostí v oboch stavovcov a bezstavovcov genómov [5, 16, 27], sme zistili, že tieto straty gén účinky pozorované v Platypus žalúdočných génoch nepredstavujú všeobecný postup ovplyvňujú všetky proteíny, ktoré sa podieľajú na trávení potravy, pretože analýza génov podieľajúcich sa gastrointestinálnych funkcií, bolo zistené, že tieto kódujúce proteázy a hormóny, vyjadrené v čreve alebo exokrinné podžalúdkovej z eutherians sú dokonale udržovaný v platypus (obrázok 1). Preto sa zdá, že dochádza k selektívnej strata Platypus génov zodpovedných za biologickú aktivitu žalúdočnej juice.Table 1 Zhrnutie génov zapletený v žalúdočnej funkcie v platypus
Protein
Gene
postavenie v vtákopysk genóme
Opakovaná dôkaz
ATPázy, H + /K + výmena, α polypeptidu
ATP4A
Absent
Southern blot
ATPázy, H + /K + výmena, beta polypeptid
ATP4B
pseudogen
PCR /priame sekvenovanie
katepsin E
CTSE
pseudogen
PCR /priame sekvenovanie
gastrín
GAST
Absent
Southern blot
Neurogenin 3
NGN3
Absent
Southern blot
pepsín A
PGA
spoločností neprítomný
Southern blot /sekvencovania
pepsín C
PGC
Absent
Southern blot /sekvenovanie
žalúdočné vlastné faktor
GIF
Present (výraz pankreasu)
RT-PCR
chymozínu
CYMP
Present (expresia nebola detekovaná)
Sekvenovanie /RT-PCR
RT, -PCR, reverzné transkripcie PCR.
k vyriešeniu tejto otázky ďalej, máme ďalšie vykonaný podrobný pátranie po domnelý výskyt v genóme vtákopysk funkčných génov kódujúcich proteíny vylučované žalúdočných žliaz. Toto hľadanie nás viedlo k identifikácii dvoch génov so zaujímavými vlastnosťami v tomto ohľade. Gén kódujúci žalúdočné vnútorný faktor (GIF
), ktorý je nevyhnutný pre absorpciu vitamínu B 12, je dokonale udržiavaný v platypus. Tento proteín je secernovaný hlavnými alebo parietálnych buniek vo väčšine eutherians, ale sa vyrába hlavne pankreatických buniek u psov, rovnako ako v vačice, v ktorej môžu byť detekované žiadne žalúdočné výrazom [28, 29]. Je preto pravdepodobné, že expresia tohto génu bola pankreasu pred rozdelením prototherian-therian a vnútorný faktor môže ešte byť vylučovaný pankreasom v Platypus, kde môže uplatniť svoju fyziologickú funkciu.
Pre zistenie tejto možnosti sme vykonaná analýza RT-PCR s použitím špecifických primerov pre GIF stroje a RNA z rôznych tkanív buď z platypus alebo echidna (T. aculeatus
). Tým sa dá potvrdiť, že GIF
expresie môže byť detekovaná v pankrease, a nižšie expresie môže byť tiež detekovaná v pečeni, ako aj v echidna mozgu, zatiaľ čo žiadna expresia bola detekovaná v svaloch a mozgu z platypus (pozri ďalšie dátový súbor 2 ). Preto tieto výsledky naznačujú, že, podobne ako v prípade vačkovce, GIF
gén je tiež exprimovaný v pankrease vo monotremes. Obdobná situácia môže nastať v prípade chymozínu, čo je aspartyl-proteázy, ktorá sa podieľa na zrazení mlieka obmedzenú proteolýzou κ kazeínu [30]. Chymozínu je prítomný u kurčiat a vo väčšine cicavčích druhov, aj keď bol inaktivovaný pseudogenization u ľudí a ďalších primátov [2, 31]. Naše genomická analýza tiež zistený gén obsahujúci kompletný otvorený čítací rámec, ktorý by mohol predstavovať funkčné gén chymozínu v vtákopysk genómu. Toto zistenie, rovnako ako absencia rozpustných pepsínu a katepsin E v Platypus, naznačuje, že by mohol byť chymozínu jediný aspartyl proteáza sa schopnosti prispievať k trávenie potravy v žalúdku platypus. Avšak, to je veľmi nepravdepodobné, že by mohli chymozínu kompenzovať nedostatok aktivitu pepsínu v žalúdku Platypus kvôli svojej oveľa nižšia proteolytické aktivity v porovnaní so situáciou pepsínu, [30]. Navyše, vysoká hodnota pH žalúdka Platypus môžu zabrániť aktivácii zymogenu a proteolytickou aktivitu tohto peptidázy. Napokon, je možné, že, podobne ako v prípade vnútornej faktora, Platypus chymozínu môže byť tiež produkovaný inými tkanivami. V tomto ohľade sme boli schopní detekovať expresiu tohto génu v žiadnej z vyššie analyzovaných tkanivách (dáta nie sú uvedené), hoci jeho domnelá účasť pri trávení potravinových proteínov by mala byť ďalej charakterizované.
Strate žalúdka funkcie v prototherians je jedinečný medzi stavovcami, pretože tento orgán je funkčný na viac ako 400 miliónov rokov, z rýb na therians a vtákov, a bol upravený na špecifické stravovacie návyky, čo vedie k tvorbe viacerých komôr u vtákov a prežúvavcov [ ,,,0],32]. Na rozdiel od toho žalúdok platypus je úplne aglandular a bol znížený na jednoduchý dilatáciu nižších pažeráka [14, 15]. Je pozoruhodné, že niektoré druhy rýb, ako je Danio pruhované (Danio rerio
) a pufferfish (Takifugu rubripes
) takisto došlo k strate ich žalúdočnej žľazy v priebehu evolúcie, hoci táto skutočnosť nie je zrejme za následok stratu toľkých žalúdočných génov v týchto teleosts ako v Platypus [33, 34]. Na druhej strane, malý žalúdka, pri vysokom pH žalúdočnej tekutiny, a nedostatok žalúdočných žliaz v echidna, spolu so zistením, že niektoré z žalúdočných génov stratených v platypus sú tiež chýba v T. aculeatus
, naznačujú, že strata funkcie žalúdka a žalúdočné génov v monotremes došlo pred rozdelením Platypus-Echidna, viac ako 21 MYA [10]. Je však ťažké určiť, či strata žalúdočných génov v platypus má selektívnu výhodu v priebehu evolúcie, alebo či boli stratené v dôsledku uvoľnenej obmedzenia v dôsledku ďalších zmien tohto druhu.
V tomto ohľade , je možné, že strata žalúdočných génov v monotremes možná selektívnu výhodu pre túto populáciu proti parazitom alebo patogény, ktoré sa spoliehajú na prítomnosti kyslého pH v žalúdku pre ich infekciu alebo šírenie, alebo použitie proteínov bunkového povrchu ako je ATP4A, ATP4B alebo CTSE ako receptory pre infekciu. Malo by to byť prípad, potom by to predstavovať jasný príklad "menej je viac" -hypotéza [35, 36], ktorý predpokladá, že strata génu by mohlo selektívnu výhodu za špecifických podmienok. Avšak, v neprítomnosti ďalších údajov, nemožno vylúčiť, že ďalšie zmeny v tráviacom systéme monotremes tiež irelevantné funkcie génov opísaných v tejto práci, a podrobili hromadeniu škodlivých mutácií, pretože uvoľnené obmedzenia , Avšak, je zaujímavá otázka na tomto mieste, je, či ďalšie stratégie boli prijaté Platypus dosiahnuť účinného trávenie bielkovín v neprítomnosti radu žalúdočných enzýmov. Zmeny v stravovacích návykoch, ako kŕmenie na larvy hmyzu, ktoré sú ľahko stráviteľné; prítomnosť špecifických anatomických štruktúr, ako je napríklad brúsenie dosky alebo lícnej vrecúška, ktoré umožňujú potravín triturací a skladovanie; a predpokladaný výskyt charakteristických gastrointestinálne flóry v vtákopysk môže predstavovať mechanizmy, ktorými sa tento druh prekonať stratu funkčného žalúdka.
Ďalšia otázka, ktorú tejto porovnávaciu analýzu genómu je, či strata všetkých vyššie diskutovaných génov vyvolať alebo dôsledkom tohto konkrétneho vtákopysk žalúdočné fenotypu. Deléciu génu kódujúceho gastrínu mohli prispieť k tomuto procesu, pretože myší s deficitom v gastrínu vykazujú atrofiu oxyntických sliznice, s menším počtom parietálnych a enteroendokrinních buniek, achlórhydriou, a znížila hrúbky slizničnej [37-39]. Navyše, inaktivácia ATP4B
bolo preukázané, že významné zníženie pepsín produkujúcich hlavných buniek a zmeny v štruktúre parietálnych buniek [25]. Okrem toho, strata PGA
môže prispieť aj na žalúdočnej atrofie pozorovanou v Platypus, pretože táto Protease sa v poslednej dobe dokázané, že sa vyžaduje spracovanie a aktivácia morfogen sonic hedgehog (SHH) v žalúdku [40]. Z tohto dôvodu, delécie alebo inaktiváciu gastrínu je kyselina sekretující ATPázy, a pepsinogén mohli prispieť k podstatnému zníženiu tvorby žalúdočných žliaz v monotremes. Avšak, nie je možné zbaviť možnosť, že sa funkcia žalúdka bola stratená nejakým iným nesúvisiace mechanizmu, a - v neprítomnosti selekčného tlaku pre udržanie génov kódujúcich proteíny zapletených v žalúdočnej funkcie - tieto gény boli stratené pseudogenization a /alebo delécií diania. Avšak, exkluzívny absencia týchto génov nemôže vysvetliť významné zníženie veľkosti pozorované v žalúdku Platypus, čo naznačuje, že ďalšie faktory by mohli byť zodpovedné za túto charakteristickú vlastnosť.
Pre vyhodnotenie túto možnosť, najprv vybraný rad génov skôr opísal ovplyvňovať veľkosť žalúdka u myší a skúmal jej domnelú prítomnosti a sekvenčné konzerváciu v vtákopysk genómu (ďalej dátového súboru 3). Táto analýza nám umožnila zistiť, že gén kódujúci neurogenin-3 bolo stratené v platypus (Ďalší súbor dát 1 a tabuľka 1).
Neurogenin-3 je transkripčný faktor, ktorého aktivita je potrebná pre špecifikáciu žalúdočné identity epitelové bunky a nedostatok tohto faktoru má za následok podstatne menšiu žalúdky a absencia gastrínu sekretujících buniek G, D buniek somatostatínu-secernujúcich buniek a glukagónu secernujúcich [41]. Z tohto dôvodu, je lákavé špekulovať, že neurogenin-3 by mohol byť kandidátom gén vysvetliť, prinajmenšom čiastočne, morfologické rozdiely medzi Platypus žalúdka a iných stavovcov. Avšak, bude potrebné ďalšie štúdium role neurogenin-3 v rôznych druhov pripisovať úlohu tohto transkripčného faktora pri vymedzovaní štrukturálne alebo funkčné rozdiely v žalúdku počas evolúcie cicavcov.
Mechanizmy zapojené do straty žalúdočných génov v platypus
A konečne, v tejto práci sme tiež posúdili predpokladané mechanizmy zodpovedné za stratu žalúdočných génov v genóme vtákopysk. Prvou možnosťou v tomto smere by mal byť výskyt namierených strát génu špecificky vyskytujúcich sa v platypus a dvoch existujúcich druhov Echidna Zaglossus stroje a Tachyglossus
. Ako prvý krok v tejto analýze a na základe nedávnej štúdie konkrétnych strát génov počas evolúcie hominoidovce [42] sme skúmali hypotézu, že žalúdka gény boli nezávisle odstránili v platypus podľa nonallelic homologické rekombinácie alebo inzerciou repetitívnych sekvencií. V súlade s touto možnosťou, a po dohode s zvýšenou aktivitou rozptýlených prvkov v vtákopysk genómu [10, 43], sme zistili, že CTSE
gén bol narušený v platypus vložením dlhých rozptýlených prvkov (linky) a krátkych rozptýlených prvky (siny) v exóne 7 a 9, narušujú oblasť kódujúci proteín (obrázok 4). Je zaujímavé, že exón 9 bol narušený vloženie Line2 Plat1m prvkom, ktorý bol ďalej narušená vloženie SINE Mon1f3 prvku (obrázok 4). V tomto ohľade, analýza rôznych rozptýlených prvkov v Platypus genómu sa zistilo, že hlavné obdobie aktivity Mon1f3 prvkov bola medzi 88 a 159 MYA [10], čo ukazuje, že z pseudogenization CTSE
mohlo dôjsť v priebehu tejto doby, a čo naznačuje, že inaktivácia žalúdočného génov v monotremes začal aspoň 88 mya. Okrem toho vysoká množstvo repetitívnych elementov v CTSE
regióne (viac ako 3,8 rozptýlených prvkov na kb v porovnaní s 2 pre genómu priemere [10]) mohli prispieť k vypusteniu šiestich z deviatich exónov CTSE
podľa nonallelic homológnej rekombinácie medzi týmito repetitívnych elementov. Premenná hustota rozptýlených prvkov v regiónoch skúmaných v tejto štúdii zvyšuje možnosť, že podobné mechanizmy ako u CTSE
mohol byť zodpovedný za kompletné vypustenie iných žalúdočných génov, aj keď účasť iných mechanizmov v tomto procese nemožno vylúčiť. Obrázok 4 Inaktivácia CTSE
génu vložením rozptýlených prvkov. Genetická mapa CTSE
lokuse v genóme vtákopysk ukazujúci narušenie exónov 7 a 9 poprekladané prvky. Horné a dolné panely znázorňujú podrobnejší pohľad exónov 7 a 9, v uvedenom poradí, čo znamená sekvenciu nukleotidov exónov a narúša dlho roztrúsil prvok (LINE) 2 a krátke poprekladané prvkov (sínusový) prvky. bp, párov báz.
Záver
V súhrne, podrobná analýza sekvencie genómu Platypus nám umožnilo preukázať, že celá rada génov, ktoré sa podieľajú na trávení potravy v žalúdku výslovne boli odstránené alebo inaktivuje v tomto druhu , rovnako ako v Echidna. Je pozoruhodné, že výsledky tu uvedené sa môžu predstavovať výnimočnú príklad z menej-je-viac evolučného modelu [35, 36], a to ako v počte génov zapojených, tak i pre fyziologické následky odvodených od týchto genetických strát.

• Klinické prezentácia mimomaternicového žlčových odvodnenie do dvanástnika bulbu a žalúdka s dôkladnú revíziu súčasného literature
• Funkčné výsledky rekonštrukciou technikou tieto laparoskopickej bližšom gastrektómii pre rakovinu žalúdka: double traktu proti jejunálnu interposition