Tipos de células muito similares são encontradas através da árvore da vida animal. Muito da diversidade animal, por sua vez, surge não da formação de novas células, mas da evolução do controle de desenvolvimento dos números e padrões de células ortólogas. Os tipos de células neurais são um exemplo particularmente interessante desse fenômeno. Quase todos os animais produzem neurônios serotonérgicos e, por exemplo, esses neurônios formam o polo anterior de muitos tipos de larvas invertebradas e o sistema nervoso anterior dos vertebrados. Os números, a distribuição e as localizações relativas de neurônios serotonérgicos são, no entanto, muito variados. Assim, as redes de regulação genética de animais (GRNs) devem funcionar para tornar este tipo neural muito conservado, mas serem capazes de evoluir o padrão e o número dessas células.
Nós costumávamos usar a estrela do mar, Patiria miniata, como um sistema modelo para analisar como os neurônios setonérgicos funcionavam e como eles estão posicionados, para podermos então entender esse fenômeno. Estrelas do mar são representantes de uma classe (Asteriodea) de Phylum Echinodermata, que também incluem ouriços do mar (CI. Echinoidea) e pepinos do mar (CI. Holothuroidea). A larva da estrela do mar, como a larva de muitos organismos invertebrados marinhos, possui apenas um pequeno número de células serotonérgicas e estes são facilmente visualizados por imuno-localização, utilizando um anticorpo contra a serotonina (Fig. 1).
Figura 1. Imuno-localização de neurônios serotonérgicos em uma larva da estrela do mar bipinnaria. Vista lateral, a boca é para a direita, anterior está para cima, e gânglio dorsal é superior esquerdo.
Através de trabalho anterior (Yankura et al., 2013), ficou sabido que há muitas células expressando soxc espalhadas por toda a ectoderme na gastrula com dois dias de idade que irá formar não apenas neurônios serotonérgicos, mas também outros tipos de neurônios em mais tarde na larva de três a quatro dias de idade. Entretanto, quando os neurônios se diferenciam em vários subtipos neurais, a expressão de soxc é extinta. Estas células foram, portanto, marcadas com GFP estável para mostrar que as células que originalmente expressam soxc, de fato, terminam formando neurónios serotonérgicos (bem como outros tipos de células neurais) (Fig. 2). Assim, soxc + células em estrelas do mar são progenitores neurais, e estes progenitores são distribuídos amplamente através da ectoderma. A progressão destes progenitores para neurônios diferenciados ocorre através de uma série de divisões assimétricas (Fig. 2). Em particular, uma das filhas soxc + expressará o fator de transcrição homeodomínio LIM lhx2 / 9 e, por sua vez, as células que expressam lhx2 / 9 sofrerão divisão simétrica e assimétrica, a divisão assimétrica produzindo um neurônio serotonérgico finalmente diferenciado. Assim, as células lhx2 / 9 representam um conjunto proliferante e mais restrito de progenitores serotoninérgicos.
Figura 2. Uma construção GFP estável, impulsionada pela região cis-reguladora soxc, é localizada a neurônios do gânglio dorsal na fase larval na imagem esquerda. Imagem direita: as células de expressão soxc (verde) são encontradas espalhadas por todo o ectoderma na gastrula anterior. Uma das células soxc + filha expressa lhx2 / 9 (rosa) em apenas o território mais anterior.
Em seguida, foram examinados os domínios espaciais nos quais essas divisões assimétricas estavam ocorrendo. É conhecido a muitos anos, que muitos animais, incluindo a larva da estrela do mar (Yankura et al., 2010), compartilham um padrão notavelmente conservado no eixo AP. Genes com função na formação do padrão da parte mais anterior do sistema nervoso em vertebrados, por exemplo, são também expressos na maioria das regiões anteriores da larva, e os genes envolvidos com padronização da região mesencéfalo-cérebro posterior são expressos no limite posterior do ectoderma. Esse novo trabalho mostra agora que esses domínios AP controlam a progressão neural. Assim, socx + divide-se para produzir duas células socx+ na zona posterior, que assimetricamente divide-se para produzir uma irmã ihx2/9+ na zona intermediária; células lhx2/9+ também se dividirão simetricamente nessa zona intermediária, e sairão da proliferação para se tornarem neurónios diferenciados apenas na zona mais anterior, expressando foxq2. Os domínios AP, entretanto, estabilizam a zona de proliferação neural.
Alterar o tamanho das zonas AP causou alterações previstas na proliferação neural e, portanto, alterou o número final de neurônios serotonérgicos. Isto mostra, portanto, que uma função desses territórios altamente conservados, em estrelas do mar pelo menos, é regular a progressão do tipo de células neurais.
Esse novo trabalho, entretanto, mostra que os progenitores neurais formam a ectoderma sem levar em conta o padrão na estrela do mar, e que o GRN que estabiliza os domínios juntamente com a AP axis controla a progressão neural. Nós predizemos que as mudanças evolutivas bastante simples a este GRN padrão poderiam mudar o tamanho destes territórios e, portanto, os números e distribuições dos tipos de células neurais.