Cei mai mulți dintre noi au învățat la școală că există trei tipuri de mamifere vii – euteriile, marsupialele și monotremele – și că cele mai evidente diferențe dintre ele sunt modul în care se reproduc. Mamiferele euteriene sau „placentare”, precum oamenii, reprezintă marea majoritate a diversității mamiferelor de astăzi. Euteriile au toate o placentă corioalantoică, un organ remarcabil care se formează după concepție în locul în care embrionul intră în contact cu mucoasa uterului mamei (Langer, 2008).
Marsupialele și monotremele tratează sarcina în mod diferit (Abbot și Rokas, 2017; Renfree, 2010). Monotremele care depun ouă, cum ar fi ornitorincul cu cioc de rață, au mici „pugile” care eclozează din cochilii de piele. Marsupialele – cangurii, koala, bandicoots, oposumii și așa mai departe – au nașteri vii, dar sarcinile lor sunt scurte, iar micuții lor pui sunt imaturi din punct de vedere al dezvoltării și se pare că nu prea au nevoie de o placentă. După naștere, joeys continuă să se dezvolte în afara corpului mamei lor, adesea în pliuri și pungi de pe abdomenul mamei.
La marsupiale, laptele furnizat de mamă după naștere este esențial pentru dezvoltarea urmașilor și, spre deosebire de mamiferele euteriene, compoziția acestui lapte se schimbă dramatic pe măsură ce tinerii joeys cresc. În esență, glandele mamare ale marsupialelor îndeplinesc multe dintre funcțiile placentei euteriene (Renfree, 2010; Sharp et al., 2017; Figura 1). Și pentru a răstălmăci și mai mult ceea ce poate ați învățat la ora de biologie, până la urmă, marsupialele au o placentă, dar aceasta se dezvoltă târziu în timpul sarcinii și din țesuturi diferite în comparație cu cele ale euterienilor. Astfel, diferența dintre mamiferele euteriene și marsupiale nu constă în prezența sau absența unei placente, ci mai degrabă în accentul relativ pus pe placentare și lactație pentru a hrăni puii prin dezvoltare.
Strategii de reproducere diferite ale mamiferelor euteriene și ale mamiferelor marsupiale.
La euterieni, energia investită de mamă în creșterea puilor înainte de naștere (prin placentare) și după naștere (prin lactație) este aproximativ egală. La marsupiale, gestația este scurtă, placenta se formează târziu în timpul sarcinii, iar lactația este prelungită. Guernsey et al. arată că trăsăturile genetice care reglează dezvoltarea prin intermediul placentei la euterieni sunt împărtășite cu placenta de scurtă durată a marsupialelor (săgeți roșii). Aceștia arată, de asemenea, că unele dintre genele care stau la baza funcțiilor placentare la euterieni sunt exprimate în timpul lactației la marsupiale (săgeți albastre), inclusiv diverse componente conservate ale lactației în sine (săgeată neagră; Lefèvre et al., 2010). Notă: scările de timp nu sunt absolute.
Acum, în eLife, Julie Baker de la Școala de Medicină a Universității Stanford, Marilyn Renfree de la Universitatea din Melbourne și colaboratorii – inclusiv Michael Guernsey de la Stanford ca prim autor, Edward Chuong de la Universitatea din Utah și Guillaume Cornelis (Stanford) – raportează noi detalii despre mecanismele moleculare care stau la baza placentei și lactației la euteriene și marsupiale (Guernsey et al., 2017). Rezultatele au fost obținute prin utilizarea unei versiuni modificate a unei tehnici numite RNA-seq pentru a măsura modul în care transcriptomul (setul complet de transcripte ARN într-o celulă sau într-un set de celule) a variat între diferite tipuri de celule în timpul dezvoltării (Rokas și Abbot, 2009).
Guernsey et al. au comparat schimbările în expresia genelor în două tipuri de celule din placenta unui tammar wallaby, un mic marsupial australian, în timpul dezvoltării. Ei au constatat că expresia genelor diferă între cele două țesuturi și, mai mult, că se modifică dinamic în timp, similar cu ceea ce se întâmplă la euterieni. Mai mult decât atât, printre transcripții au găsit multe care aveau funcții critice în placentele euteriene, inclusiv membri ai căilor de semnalizare Ig7 și GCM1, un factor de transcripție care este important în formarea și dezvoltarea placentei. Și nu doar genele au fost conservate, ci și modelele de expresie a genelor din placenta de wallaby seamănă cu cele observate în placenta de șoarece în primele etape ale sarcinii. Este exact ceea ce ne-am aștepta să vedem dacă placenta îndeplinește funcții de dezvoltare timpurie la wallaby, iar funcțiile ulterioare sunt asigurate postnatal. Acest lucru sugerează că o diferență esențială între marsupiale și euteriene nu constă în funcțiile timpurii ale placentei, ci mai degrabă în modul în care funcțiile placentare au fost compartimentate pe parcursul evoluției sarcinii euteriene.
În cele din urmă, Guernsey et al. au caracterizat modelele de expresie a genelor în glandele mamare ale tamarului și ale mai multor mamifere. Atât șoarecele, cât și wallaby-ul au împărtășit modele similare de expresie a genelor, subliniind tema compartimentalizării funcționale și a conservării în ambele grupuri. Dar, cel mai remarcabil, ei au identificat un număr de gene exprimate în glandele mamare de la tamar care sunt cunoscute ca fiind importante din punct de vedere funcțional în placenta la euterieni (Figura 1). Aceste gene au inclus gene implicate în transportul nutrienților și mai multe gene cunoscute ca fiind necesare pentru placentarea euteriană (inclusiv GCM1). Această conservare a expresiei genelor susține că, la marsupiale, placenta gestionează dezvoltarea fetală timpurie, iar lactația gestionează dezvoltarea fetală târzie, folosind unele dintre aceleași gene și căi moleculare ca și placenta euteriană.
Cei care studiază marsupiale au susținut de mult timp că trebuie să ne corectăm manualele pentru a recunoaște placentele marsupiale și lactația lor distinctă și complexă (Renfree, 1983). Guernsey et al. întăresc cazul demonstrând că atât euterienii, cât și marsupialele exprimă un set conservat de gene care pot fi localizate în diferite țesuturi și organe, dar care servesc unor scopuri comune în dezvoltarea fetală. Această conservare surprinzătoare subliniază importanța identificării genelor care stau la baza schimbărilor funcționale în timpul evoluției (Rausher și Delph, 2015).
Privind în viitor, merită remarcat faptul că marsupialele variază enorm în ceea ce privește trăsăturile de reproducere (Tyndale-Briscoe, 2005) și că caracterizarea mai multor specii în modul în care Guernsey et al. au făcut-o pentru tammar wallaby va oferi o înțelegere mai bogată a evoluției și diversității sarcinii marsupiale în sine. Cu toate acestea, sunt necesare mai multe lucrări pentru a dezvolta metode statistice adecvate pentru a cuantifica conservarea profilurilor transcriptomice între specii. Și dacă ne uităm dincolo de mamifere, forme de placentare se găsesc la orice, de la șopârle, la căluți de mare și insecte, iar studiile preliminare indică faptul că multe dintre genele sau trăsăturile implicate sunt comune (Ostrovsky et al., 2016; Whittington et al., 2015). Va fi fascinant să aflăm cât de profund putem urmări originile setului de instrumente de sarcină.
.