בתמונה הוא קטע אופטי של אשכים מישוריים, המראה mRNA המתבטאים בשלבים שונים של spermatogenesis, כולל spermatogonia מוקדם (מגנטה) ו spermatocytes (צהוב-אדום). צביעת DNA (ציאן) מדגישה שינויים בגרעיני תאי האשך לאורך הזרע. מלאני איסיגוניס וחב'. מצא שהאנזים AADC בתאי נישה רבייה עוזר לאנזים NRPS לייצר את הדיפפטיד β-alanyl-tryptamine (BATT). עיכוב הגן של כל אחד מהאנזים אצל פלנרים הוביל לאובדן איברי הרבייה הנשיים ולהצטברות של תאי גזע spermatogonial באשכים. הפגמים הפכו על ידי מתן BATT סינתטי. לדברי המחברים, תרכובות שמקורן במונואמין, כגון BATT, יכולות לעורר התפתחות בתאי נישה רבייה. קרדיט: מלאני איסיגוניס, קתרין בראודר ופיליפ ניומרק, מכון מורגרידג' למחקר
חוקרים גילו תפקיד חדש למונואמינים ביוגניים, כגון דופמין ו סרוטוניןבפיתוח הרבייה של תולעים שטוחות מישוריות, מה שמציע שהנוירוטרנסמיטורים הללו משמשים גם כמולקות איתות קריטיות מעבר לתפקודי מוח במגוון מִין.
מונואמינים ביוגניים, כגון דופמין וסרוטונין, ידועים בתפקודיהם במוח כמווסתים של מצב רוח, למידה וזיכרון, תגובות מתח ותגובות של קרב או ברח של הגוף.
אבל הנוירוטרנסמיטורים האלה היו קיימים בטבע הרבה לפני שהמוח צץ בעץ האבולוציוני. הם נפוצים גם בצמחים, בחיידקים ובאורגניזמים חד-תאיים, אבל הפונקציות שלהם שם הרבה פחות מובנות.
מדענים במכון מורגרידג' למחקר הוסיפו משימה נוספת עבור מונואמינים. הם ממלאים תפקיד חשוב באיברי הרבייה של תולעים שטוחות מישוריות, ונראה שהם קריטיים להתפתחות של תאי נבט נקביים וזכריים כאחד (התאים שמייצרים ביציות וזרע).
כתיבה בגיליון 25 ביוני 2024 של כתב העת הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים (PNAS), צוות ביולוגיה רגנרטיבי במורגרידג' הוכיח שמשדרים כאלה הם לא רק אותות שמקורם במוח הפלארי. הם גם מקומיים מאוד בתוך תאי הגונדה הסומטיים המווסתים את התפתחות תאי הנבט.
שיטות גילוי ומחקר
"אנחנו נרגשים מזה כי זה מדגים פרדיגמה חדשה לאיתות נישה לתא נבט", אומרת חוקרת המחקר מלאני איסיגוניס, המחברת הראשית של המחקר.
מלאני איסיגוניס, חוקרת מחקר, מכון מורגרידג' למחקר. קרדיט: מכון מורגרידג' למחקר
התגלית המפתיעה הזו החלה במחקר נפרד שפורסם בשנת 2022 על ידי סטודנט לתארים מתקדמים לשעבר אומאיר חאן וחוקר מורגרידג' פיל ניומרק, גם הוא חוקר במכון הרפואי הווארד יוז. הם יצאו לאפיין את התעתיקים של השחלות והאשכים אצל פלנרים (שהם הרמפרודיטים) ויצרו רשימה ארוכה של גנים עם ביטוי מועשר בשחלות. אחד הלהיטים המובילים חזר כ-L-amino ארומטי חוּמצָה דקרבוקסילאז (AADC), אנזים שמור אבולוציונית שחשוב לייצור מונואמינים.
בתמיהה, הם הניחו שהדגימות מזוהמות על ידי רקמת המוח שמסביב, אך מחקרי מעקב אישרו את הממצא. לאחר מכן חאן עיכב את הביטוי של ה aadc גן לחקור את תפקידו בפיתוח מערכת הרבייה.
"כשהוא הפיל את האנזים הזה אצל פלנרים מתרבים מינית, הפנוטיפ היה מדהים", אומר איסיגוניס. "השחלות נעלמו. למעשה, כל מערכת הרבייה הנשית בוטלה לחלוטין".
ההפך התרחש באשכים, אומר איסיגוניס. באשכים רגילים, אם חותכים אותם כמו אבטיח, תאי הגזע יימצאו לאורך הפריפריה כמו הקליפה, אבל רק מספר קטן נוצר. "כשאומייר הפיל aadc, האשכים היו מלאים לחלוטין בתאי גזע של קו הנבט", היא אומרת. "לא נוצר זרע; האשכים היו מלאים בגידולי תאי נבט, בעצם."
ייצור מונואמין ואפקטים
מחקר ההמשך של איסיגוניס ביקש לענות על שתי שאלות: איזה מונואמין מייצרת AADC ומאיפה הוא מגיע? הם חיפשו את התשובה על ידי ניהול תא יחיד RNA רצף של התאים הסומטיים ב"גומחה" המקיפה ותומכת בתאי הנבט.
בתאי נישה סומטיים, הם מצאו ביטוי מועשר של aadc ועוד גן, nrps, המקודד לסינטטאז פפטיד לא ריבוזומלי (NRPS). זה היה בולט כי, בניגוד aadc, nrps מתבטא רק במערכת הרבייה, ולא נוירונלית.
ואז, כשהם הפילו nrps אצל פלנרים מיניים, הם מצאו את הפנוטיפ הזהה שנצפה כאשר aadc היה מעוכב: קריסה מוחלטת של המערכת הנשית והצטברות דרמטית של תאי נבט זכריים.
זה היה רמז חשוב לכך ש-AADC ו-NRPS עבדו יחד. ניתוח ספקטרומטריית מסה נוסף על ידי Rui Chen וג'ים Collins, עמיתים מ-UT Southwestern, הציע ראיה לכך ששני האנזימים הללו יוצרים β-alanyl tryptamine (BATT), המורכב מ-β-alanine המצומד למונואמין טריפטמין. המעבדה של קולינס גילתה שבסקיסטוזומים (בני דודים טפילים של פלנרים) זכרים מייצרים BATT כדי לעורר ייצור ביצים אצל הנקבות.
המתחם מכונה "אות BATT", על שם הצוהר בצורת עטלף ששימש כדי לקרוא לבאטמן לפעולה בסדרת הקומיקס. האות מהבהב בבירור גם בפלנרים. הצוות מצא ש-BATT נמצא בשפע מאוד כאשר פלנרים מגיעים לבגרות מינית ויש להם איברי רבייה בוגרים.
"חשבנו, וואו, החיות המיניות עושות הרבה BATT", היא אומרת. "ובעצם, גם כשהפלנו nrps אוֹ aadc, BATT נעלם. זה אמר לנו שאנחנו בדרך הנכונה".
מחקר זה ושל המעבדה של קולינס בסקיסטוזומים חשפו שצימודים של β-alanyl-monoamine יכולים לפעול כאותות חשובים. מכיוון שאנזימי NRPS קיימים בכל ממלכת החיות, הדבר מצביע על כך שצימודים חדישים של מונואמין עשויים לפעול כמולקולת איתות גם בבעלי חיים אחרים. השלבים הבאים הם להבין כיצד האותות החדשים הללו פועלים.
מחקר זה נתמך על ידי המכון הלאומי לבריאות הילד ופיתוח האדם של יוניס קנדי שריבר המכונים הלאומיים לבריאות.
