Els animals més simples de la Terra ja tenien 'neurones' fa 800 milions d'anys
El CRG planteja que les cèl·lules nervioses podrien haver evolucionat a partir de les molècules dels placozous
BarcelonaEls placozous són possiblement els animals amb l'estructura més simple que existeix al nostre planeta. Habiten discretament en zones poc profundes i càlides del mar, i els seus cossos, transparents, plans i sense òrgans, estan formats per uns quants milers de cèl·lules de només quatre tipus –les mosques en tenen 90 tipus i els humans, uns 200, per poder-nos fer a la idea de la seva simplicitat–. Ara, però, investigadors del Centre de Regulació Genòmica (CRG) de Barcelona han demostrat que a l'interior d'aquestes petites criatures existien alguns dels components que defineixen les neurones, com els gens que s'encarreguen parcialment de generar les connexions neuronals (sinapsis), que les fan semblants a una neurona molecularment parlant. Tot i que no són neurones com a tal, es poden interpretar com un pas intermedi en l'evolució de les neurones. "Si les neurones fossin cotxes, els placozous tenen motor i rodes, però els falta el xassís", simplifica a l'ARA l'investigador ICREA Arnau Sebé-Pedrós, autor de l'estudi.
La troballa, publicada aquest dimarts a la revista Cell, suggereix que alguns dels elements bàsics de les neurones són cèl·lules complexes que ja circulaven en els ancestres dels placozous fa 800 milions d'anys. Aquests animals diminuts s'alimenten d'algues i microbis que viuen a la superfície de roques i coordinen el seu moviment gràcies a un tipus de cèl·lules anomenades peptidèrgiques. Com el seu nom indica, són cèl·lules capaces de sintetitzar pèptids, unes molècules que actuen com els neurotransmissors. Encuriosits sobre l'origen d'aquestes cèl·lules, els investigadors del CRG van utilitzar tècniques moleculars i models computacionals per entendre com van evolucionar els diferents tipus de cèl·lules de placozous i van reconstruir quin era el seu aspecte i com funcionaven.
Clarament no són neurones perquè no tenen els components per a l'extrem receptor d'un missatge neuronal (la densitat postsinàptica) o els components necessaris per conduir senyals elèctrics, però les cèl·lules peptidèrgiques tenen fins a tres similituds amb les cèl·lules neuronals. En primer lloc, es diferencien a partir d’una població de cèl·lules epitelials progenitores a través de senyals que remeten a la neurogènesi, el procés pel qual es formen noves neurones. En segon lloc, perquè tenen molts mòduls de gens clau per construir la part que pot enviar missatges d'una neurona (botó presinàptic). I, finalment, a través de tècniques d'intel·ligència artificial, l'equip va demostrar que les cèl·lules es comuniquen entre elles utilitzant un sistema de proteïnes específiques, els receptors acoblats a proteïnes G (GPCRs, en anglès), que estan mediats per neuropèptids, missatgers químics utilitzats per les neurones en diferents processos fisiològics.
L'estudi demostra que els components bàsics de la neurona van començar a formar-se fa 800 milions d'anys en animals ancestrals i que, des d'una perspectiva evolutiva, és probable que les primeres neurones –que no van aparèixer fins a milions d'anys després– haguessin començat com una cosa semblant a les cèl·lules secretores peptidèrgiques dels placozous actuals. Aquestes cèl·lules es comunicaven mitjançant neuropèptids, però eventualment van adquirir nous mòduls genètics que els van permetre formar les vies d'entrada i sortida per als impulsos nerviosos (dendrites i axons, respectivament) i crear canals iònics que generen senyals elèctrics ràpids. "No tenen projeccions ni neurones especialitzades i tampoc envien senyals elèctrics. "No podem veure’ls com a precursors, però sí que podem estudiar els ancestres", explica Sebé-Pedrós. De fet, les anàlisis comparatives entre espècies van revelar que aquestes similituds són úniques dels placozous i no apareixen en altres animals amb una ramificació primerenca, com les esponges o els ctenòfors.
Un gran atles de la biodiversitat
L'equip va crear un mapa dels diferents tipus cel·lulars de placozous, anotant les seves característiques en quatre espècies diferents. Aquests "atles cel·lulars" van permetre traçar conglomerats o "mòduls" funcionals de gens per, després, crear un segon mapa de les regions reguladores en l'ADN que controlen l'expressió gènica conjunta per saber què fa cada cèl·lula i com treballen juntes. L'article exemplifica el potencial d’aquest tipus de projecte, que es basa a entendre la simbiosi dels gens per saber si allò tan únic com el sistema nerviós no ho és tant i hi ha maquinàries diferents on es donen aquestes interaccions.
"Els placozous no tenen neurones, però ara hem trobat sorprenents similituds moleculars amb les nostres cèl·lules neuronals. D'altra banda, els ctenòfors tenen xarxes neuronals, amb diferències i similituds clau amb les nostres. ¿Significa això que les neurones evolucionaren una sola vegada i després van divergir, o evolucionaren més d'una vegada, en paral·lel? ¿Són un mosaic, on cada peça té un origen diferent?", es pregunta el primer coautor de l'estudi i investigador postdoctoral del CRG Xavier Grau-Bové. Però cap d'aquests interrogants té, ara per ara, resposta.
Els investigadors creuen que, a mesura que la ciència seqüencií genomes d'alta qualitat d'espècies diverses, s'estrenyerà el cercle sobre l'origen de les neurones i l'evolució d'altres tipus cel·lulars. "Les cèl·lules són les unitats fonamentals de la vida, per la qual cosa comprendre com sorgeixen o canvien amb el temps és essencial per explicar la història evolutiva de la vida", afirma Sebé-Pedrós. De fet, l'investigador lidera el projecte mundial Biodiversity Cell Atlas per construir un atles mundial de cèl·lules d'organismes. "Animals com els placozous, tradicionalment poc estudiats, amaguen secrets que tot just estem començant a desxifrar", assegura.
