Solteiro

Dec 19, 2023

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 885 (2023) Citar este artigo

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Os cnidócitos são as células urticantes explosivas exclusivas dos cnidários (corais, águas-vivas, etc.). Especializados na captura e defesa de presas, os cnidócitos compreendem um grupo de mais de 30 tipos celulares morfológica e funcionalmente distintos. Essas células incomuns são exemplos icônicos de novidade biológica, mas os mecanismos de desenvolvimento que conduzem à diversidade do aparelho urticante são mal caracterizados, tornando difícil entender a história evolutiva das células urticantes. Usando a edição do genoma mediada por CRISPR/Cas9 na anêmona do mar Nematostella vectensis, mostramos que um único fator de transcrição (NvSox2) atua como um interruptor binário entre dois destinos alternativos de células pungentes. O nocaute de NvSox2 causa uma transformação de células perfurantes em células enredadoras, que são comuns em outras espécies de anêmonas-do-mar, mas parecem ter sido silenciadas em N. vectensis. Esses resultados revelam um caso incomum de atavismo unicelular e expandem nossa compreensão da diversificação da identidade do tipo celular.

Novos tipos de células promovem a origem de novas funções fisiológicas e são essenciais para a expansão da diversidade de organismos; ainda compreender os mecanismos que impulsionam a origem de novos tipos de células é um desafio persistente na biologia1,2. Estudos de evolução de características em organismos multicelulares identificaram a "homeose" — a transformação de uma parte de um organismo em outra parte3 — como uma importante fonte de inovação morfológica. Exemplos comuns dessas novidades homeóticas incluem a conversão de pétalas em sépalas em plantas com flores e a transformação de segmentos abdominais em torácicos em insetos4. Desde então, essas transformações demonstraram ser controladas por genes reguladores expressos regionalmente5,6, demonstrando como o desenvolvimento de fenótipos complexos pode ser coordenado por um único interruptor genético. Mais recentemente, a homeose foi invocada para explicar como as transformações podem ocorrer no nível de uma única célula. Estudos de diferenciação neural em nematóides, moscas e vertebrados identificaram genes reguladores individuais suficientes para converter um subtipo neural em outro, apoiando a ideia de que a homeose pode controlar a individuação do destino celular7. Até o momento, porém, nenhum estudo demonstrou a indução homeótica do atavismo – o ressurgimento de um caráter ancestral – no nível de um tipo de célula individual. Tal demonstração forneceria uma compreensão mecanicista de como a homeose poderia impulsionar a diversificação do tipo de célula e promover a expansão da complexidade animal.

As células urticantes (cnidócitos) estão entre as mais complexas morfologicamente de todos os tipos de células e são um exemplo icônico de uma novidade celular (Fig. 1). Encontradas exclusivamente em cnidários (um clado que inclui corais, águas-vivas e seus parentes), as células urticantes compreendem um conjunto diversificado de células especializadas na captura de presas, defesa e uso de habitat que variam amplamente em forma e função entre taxa8. De fato, o conjunto de tipos de células urticantes encontradas em cada espécie de cnidário é indiscutivelmente o caráter diagnóstico mais informativo para táxons de corpo mole, que compreendem mais de 2/3 das 13.000 espécies de cnidários existentes9,10. Três subtipos principais de células urticantes são atualmente reconhecidos e podem ser discriminados pela morfologia de sua organela urticante11. Os primeiros, os nematócitos ("células perfurantes") (Fig. 1a–c, g, h), têm uma organela explosiva com uma parede de cápsula espessa contendo um túbulo eversível carregado de veneno12,13,14,15. Entre os cnidários, foram descritos mais de 30 tipos diferentes de nematócitos, diferindo amplamente na morfologia da porção basal e espinhosa do túbulo (daqui em diante chamada de "arpão")8. O segundo tipo de célula urticante, os espirócitos ("células enlaçadoras"), exibem muito menos variação morfológica e são descritos como graciosos (finos) ou robustos (espessos) na aparência geral16. Embora ainda extrusivas, essas células são caracterizadas por duas características não encontradas nas células perfurantes: uma fina parede da cápsula com aparência serrilhada, derivada de uma rede de fibras regularmente espaçadas que revestem a parede interna da cápsula, e um túbulo eversível adornado com hastes laterais finas que crie uma teia de armadilha após a descarga17 (Fig. 1d–f, i). O terceiro grupo de células urticantes, os pticócitos ("células aderentes"), não são conhecidas por conter toxinas e sua carga útil consiste apenas em um túbulo pregueado e pegajoso dobrado dentro de uma cápsula de paredes finas18 (Fig. 1j–l). A ampla distribuição de células perfurantes (nematócitos) ao longo do filo sugere que este tipo de célula estava presente no último ancestral comum dos cnidários (Fig. 1m). A distribuição mais restrita de tipos de células aderentes e aderentes (espirócitos e pticócitos, respectivamente) implica que esses tipos de células evoluíram de um ancestral perfurante. No entanto, os mecanismos de desenvolvimento que controlam a variabilidade na morfologia do aparelho urticante não foram caracterizados. Os fatores evolutivos que impulsionam a diversificação desses tipos de células incomuns, portanto, permanecem sem solução.