Informacija

Zašto poliploidija nije bila smrtonosna u određenih oktodontidnih glodavaca?

Zašto poliploidija nije bila smrtonosna u određenih oktodontidnih glodavaca?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Kao što je objašnjeno u Zašto je poliploidija smrtonosna za neke organizme dok za druge nije?, poliploidija je obično smrtonosna za sisavce.

Međutim, dvije vrste Octodontidae (južnoamerički glodavci) su tetraploidne zbog nedavnog udvostručenja svih kromosoma:

  • Tympanoctomys barrerae: 4x = 102
  • Pipanacoctomys aureus: 4x = 92 (očito su neki kromosomi izgubljeni nakon događaja poliploidije)

Pogledajte rad o kojem se raspravlja T. barrerae, prvi od ovih otkrivenih tetraploidnih glodavaca.

Prema članku na Wikipediji, vjeruje se da oboje potječu od iste vrste, Octomys mimax (ili možda sada izumrli bliski srodnici), koji ima 2x = 2n = 56 kromosoma, upola manje od T. barrerae.

Ono što je bilo posebno Octomys to mu omogućuje da preživi poliploidiju, za razliku od većine sisavaca?

Zanimljiv:

Glava spermija Tympanoctomysa daleko je najveća koja se prirodno pojavljuje u sisavaca, a njezina je veličina uzročno povezana s dvostrukom veličinom genoma koju mora prihvatiti.


Zapravo, to nije ono o čemu se raspravlja u pitanju na koje ste se povezali. Slijedi citat iz vrlo opsežnog prihvaćenog odgovora (naglasak moj):

Poliploidija se lako javlja i kod životinja i kod biljaka, ali reproduktivne strategije mogu spriječiti njezino razmnožavanje u određenim okolnostima, umjesto bilo kakvog smanjenja sposobnosti koje je rezultat umnožavanja genoma.

Zapravo, pokušajte ponovno pročitati taj odgovor i reference u njemu, on odgovara na vaše opće pitanje.

Postoji popularna teorija (uglavnom prihvaćena) da je u podrijetlu kralježnjaka bilo događaja dupliciranja cijelog genoma (WGD). Ako je točno, to znači da su svi sisavci potomci poliploidnih predaka. Za vrlo lijep pregled WGD-ova u evoluciji kralježnjaka, pogledajte ovdje [1]. Octomys je jednostavno jedini znan sisavac s novijim događajem WGD. Što se tiče onoga što ga čini posebnim (preuzeto iz [2]):

Naši podaci pokazuju da su roditeljsko-specifično utišavanje najmanje jednog gena i normalni X kromosomski mehanizam doziranja očuvani u tetraploidnom genomu. Pretpostavljamo usklađeno djelovanje genetskih i epigenetskih mehanizama tijekom procesa funkcionalne diploidizacije ovog tetraploidnog genoma.

1) Van de Peer Y, Maere S, Meyer A., ​​Evolucijski značaj drevnih duplikacija genoma., Nat Rev Genet. 2009. listopad;10(10):725-32.

2) Bacquet C, et al., Epigenetski procesi u tetraploidnom sisavcu, Mamm genom. 2008. lipnja;19(6):439-47.


5.10: Vrste specifikacija

Biološka definicija vrste, koja radi za organizme koji se spolno razmnožavaju, je skupina jedinki koje se stvarno ili potencijalno križaju. Postoje iznimke od ovog pravila. Mnoge vrste su dovoljno slične da su hibridni potomci mogući i često se mogu pojaviti u prirodi, ali za većinu vrsta ovo pravilo općenito vrijedi. Zapravo, prisutnost u prirodi hibrida između sličnih vrsta sugerira da su možda potjecali od jedne vrste koja se križa, a proces specijacije možda još nije dovršen.

S obzirom na izuzetnu raznolikost života na planeti, moraju postojati mehanizmi za specijacija: formiranje dviju vrsta iz jedne izvorne vrste. Darwin je zamišljao ovaj proces kao događaj grananja i dijagramirao je proces u jedinoj ilustraciji koja se nalazi u O podrijetlu vrsta (Slika 1a). Usporedite ovu ilustraciju s dijagramom evolucije slona (Slika 1b), koji pokazuje da se jedna vrsta mijenja tijekom vremena, grana se i tvori više od jedne nove vrste, uzastopno, sve dok populacija preživi ili dok organizam ne izumre.

Slika 1. Jedina ilustracija u Darwin&rsquos O podrijetlu vrsta je (a) dijagram koji prikazuje događaje specijacije koji dovode do biološke raznolikosti. Dijagram pokazuje sličnosti s filogenetskim kartama koji se danas izrađuju kako bi ilustrirali odnose vrsta. (b) Moderni slonovi su evoluirali iz Paleomastodont, vrsta koja je živjela u Egiptu prije 35&ndash50 milijuna godina.

Da bi došlo do specijacije, iz jedne izvorne populacije moraju se formirati dvije nove populacije i one se moraju razviti na takav način da postane nemoguće da se jedinke iz dvije nove populacije križaju. Biolozi su predložili mehanizme pomoću kojih bi se to moglo dogoditi koji spadaju u dvije široke kategorije. Alopatrijska specijacija (allo&ndash = &ldquoostalo&rdquo &ndashpatric = &ldquohomeland&rdquo) uključuje geografsko odvajanje populacija od roditeljske vrste i kasniju evoluciju. Simpatrijska specijacija (sim&ndash = &ldquosame&rdquo &ndashpatric = &ldquohomeland&rdquo) uključuje specijaciju koja se događa unutar roditeljske vrste koja ostaje na jednom mjestu.

Biolozi o događajima specijacije razmišljaju kao o cijepanju jedne vrste predaka na dvije vrste potomaka. Nema razloga zašto ne bi moglo biti više od dvije vrste formirane u isto vrijeme, osim što je to manje vjerojatno i višestruki događaji se mogu konceptualizirati kao pojedinačna cijepanja koja se događaju blisko u vremenu.


Specijacija kroz geografsko razdvajanje

Geografski kontinuirana populacija ima genetski fond koji je relativno homogen. Protok gena, kretanje alela kroz raspon vrste, relativno je slobodan jer se jedinke mogu kretati, a zatim se pariti s jedinkama na svom novom mjestu. Stoga će frekvencija alela na jednom kraju distribucije biti slična učestalosti alela na drugom kraju. Kada populacije postanu geografski diskontinuirane, spriječen je slobodan protok alela. Kada to razdvajanje traje neko vremensko razdoblje, dvije populacije mogu se razvijati različitim putanjama. Stoga se njihove frekvencije alela na brojnim genetskim lokusima postupno sve više razlikuju kako novi aleli samostalno nastaju mutacijom u svakoj populaciji. Uobičajeno je da će se okolišni uvjeti, kao što su klima, resursi, grabežljivci i konkurenti, za dvije populacije razlikovati zbog čega prirodna selekcija favorizira različite prilagodbe u svakoj skupini. Različite povijesti genetskog pomaka, pojačane jer su populacije manje od matične populacije, također će dovesti do divergencije.

S obzirom na dovoljno vremena, genetska i fenotipska divergencija između populacija vjerojatno će utjecati na karaktere koji utječu na reprodukciju dovoljno da su jedinke dviju populacija spojene, parenje bi bilo manje vjerojatno, ili ako bi došlo do parenja, potomstvo bi bilo neodrživo ili neplodno. Mnoge vrste divergentnih karaktera mogu utjecati na reproduktivnu izolaciju (nemogućnost križanja) dviju populacija. Ovi mehanizmi reproduktivne izolacije mogu se podijeliti na prezigotske mehanizme (one koji djeluju prije oplodnje) i postzigotske mehanizme (one koji djeluju nakon oplodnje). Prezigotski mehanizmi uključuju osobine koje omogućuju jedinkama da pronađu jedni druge, kao što je vrijeme parenja, osjetljivost na feromone ili izbor mjesta parenja. Ako se pojedinci mogu susresti, razlika u karakteru može spriječiti rituale udvaranja da dovedu do parenja jer su se promijenile ženske preferencije ili se promijenilo ponašanje muškaraca. Fiziološke promjene mogu ometati uspješnu oplodnju ako se može dogoditi parenje. Postzigotski mehanizmi uključuju genetske nekompatibilnosti koje sprječavaju pravilan razvoj potomstva, ili ako potomci žive, možda neće moći sami proizvesti održive gamete kao u primjeru mazge, neplodnog potomstva ženke konja i muškog magarca.

Ako se dvije izolirane populacije ponovno spoje i hibridni potomci nastali parenjem između jedinki dviju populacija imaju niže preživljavanje ili smanjenu plodnost, tada će selekcija favorizirati jedinke koje su u stanju razlikovati potencijalne parove svoje vlastite populacije i druge populacija. Ovaj odabir će poboljšati reproduktivnu izolaciju.

Izolacija populacija koja vodi alopatrijskoj specijaciji može se dogoditi na različite načine: od rijeke koja stvara novi ogranak, erozije koja stvara novu dolinu ili grupe organizama koji putuju na novo mjesto bez mogućnosti povratka, kao što je sjeme koje pluta iznad od oceana do otoka. Priroda geografskog odvajanja potrebnog za izolaciju populacija u potpunosti ovisi o biologiji organizma i njegovom potencijalu za rasipanje. Kad bi se dvije populacije letećih kukaca naselile u odvojenim obližnjim dolinama, velike su šanse da bi pojedinci iz svake populacije letjeli naprijed-natrag, nastavljajući protok gena. Međutim, ako se dvije populacije glodavaca podijele stvaranjem novog jezera, nastavak protoka gena ne bi bio vjerojatan, stoga bi specijacija bila vjerojatnija.

Biolozi alopatrijske procese svrstavaju u dvije kategorije. Ako se nekoliko pripadnika vrste preseli na novo geografsko područje, to se naziva rasipanje. Ako se pojavi prirodna situacija za fizičku podjelu organizama, to se zove vikarijanca.

Znanstvenici su dokumentirali brojne slučajeve alopatrijske specijacije. Na primjer, uz zapadnu obalu Sjedinjenih Država, postoje dvije odvojene podvrste pjegavih sova. Sjeverna pjegava sova ima genetske i fenotipske razlike od svog bliskog srodnika, meksičke pjegave sove, koja živi na jugu (Slika 11.4.2). Uzrok njihovog početnog razdvajanja nije jasan, ali je mogao biti uzrokovan glečerima ledenog doba koji su početnu populaciju podijelili na dvoje. 1

Slika 11.4.2: Sjeverna pjegava sova i meksička pjegava sova nastanjuju zemljopisno odvojena mjesta s različitim klimama i ekosustavima. Sova je primjer početne specijacije. (zasluga &ldquonorthern pjegava sova&rdquo: modifikacija rada Johna i Karen Hollingsworth, zasluga USFWS &ldquoMeksička pjegava sova&rdquo: modifikacija rada Billa Radkea, USFWS)

Osim toga, znanstvenici su otkrili da što je veća udaljenost između dvije skupine koje su nekada bile iste vrste, to je vjerojatnije da će doći do specijacije. To se čini logičnim jer kako se udaljenost povećava, različiti čimbenici okoliša vjerojatno bi imali manje zajedničkog od lokacija u neposrednoj blizini. Uzmite u obzir dvije sove na sjeveru, klima je hladnija nego na jugu, ostale vrste organizama u svakom ekosustavu se razlikuju, kao i njihovo ponašanje i navike, lovne navike i izbor plijena sova na jugu razlikuju se od sjevernih one. Ove varijance mogu dovesti do evoluiranih razlika u sovama, a tijekom vremena vjerojatno će doći do specijacije osim ako se ne obnovi protok gena između populacija.

U nekim slučajevima, populacija jedne vrste raspršuje se po cijelom području, a svaka nalazi posebnu nišu ili izolirano stanište. Tijekom vremena, različiti zahtjevi njihovih novih životnih stilova dovode do višestrukih specijacijskih događaja koji potječu od jedne vrste, što se naziva adaptivno zračenje. S jedne točke podrijetla, mnoge prilagodbe se razvijaju uzrokujući da vrsta zrači u nekoliko novih. Otočni arhipelagi poput Havajskih otoka pružaju idealan kontekst za događaje adaptivnog zračenja jer voda okružuje svaki otok, što dovodi do geografske izolacije mnogih organizama (Slika 11.4.3). Havajski medonosni puzavac ilustrira jedan primjer adaptivnog zračenja. Od jedne vrste, nazvane vrsta osnivača, razvile su se brojne vrste, uključujući i osam prikazanih na slici 11.4.3.

Slika 11.4.3: Ptice medonosne puzavice ilustriraju adaptivno zračenje. Iz jedne izvorne vrste ptica razvilo se više drugih, svaka sa svojim posebnim karakteristikama.

Obratite pažnju na razlike u vrstama&rsquo kljunovima na slici 11.4.3. Promjena genetske varijacije za kljunove kao odgovor na prirodnu selekciju na temelju specifičnih izvora hrane u svakom novom staništu dovela je do evolucije različitog kljuna prilagođenog specifičnom izvoru hrane. Ptice koje jedu voće i sjemenke imaju deblje i jače kljunove koji su prikladni za lomljenje tvrdih orašastih plodova. Ptice koje jedu nektar imaju duge kljunove za uranjanje u cvijeće kako bi došle do svog nektara. Ptice koje jedu kukce imaju kljunove poput mačeva, prikladne za ubadanje i nabijanje insekata. Darwin&rsquos zebe su još jedan dobro proučavan primjer adaptivnog zračenja na arhipelagu.


Opcije pristupa

Dobijte puni pristup časopisu na 1 godinu

Sve cijene su NETO cijene.
PDV će biti dodan kasnije pri naplati.
Obračun poreza bit će dovršen tijekom naplate.

Dobijte vremenski ograničen ili potpun pristup članku na ReadCubeu.

Sve cijene su NETO cijene.


Zašto poliploidija nije bila smrtonosna u određenih oktodontidnih glodavaca? - Biologija

Pregledni članak - časopis za imunologiju raka (2020.), 2. svezak, 4. izdanje

Nove strategije za napad na poliploidne stanice raka

Jing Zhang 1 , Shenqiu Zhang 1 , Qiong Shi 1 , Dun Yang 1,2 , Thaddeus D. Allen 1*

1 Anticancer Bioscience, Ltd., i J. Michael Bishop Institute of Cancer Research, Chengdu, Kina 640000

2 Sveučilište tradicionalne kineske medicine Chengdu, 1166 Liutai Avenue, Wenjiang District, Chengdu, Kina 611137

*Odgovarajući autor: Thaddeus D. Allen
E-mail:[email protected]

Datum primitka: 23. listopada 2020 Datum prihvaćanja: 12. studenog 2020

Citat: Zhang J, Zhang S, Shi Q, Yang D, Allen TD. Nove strategije za napad na poliploidne stanice raka. J Immunol protiv raka. 2020, 2(4): 199-206.

Autorsko pravo: &kopija 2020. Zhang J, et al. Ovo je članak otvorenog pristupa koji se distribuira pod uvjetima licence Creative Commons Attribution License, koja dopušta neograničenu upotrebu, distribuciju i reprodukciju u bilo kojem mediju, pod uvjetom da se navedu izvorni autor i izvor.

Sažetak

Poliploidne stanice raka mogu nastati de novo u tumorima ili ih mogu inducirati terapijski lijekovi koji nenamjerno povećavaju stopu citokinetičkog neuspjeha. Ove stanice najavljuju loš ishod kod mnogih karcinoma jer poliploidne stanice raka mogu proći kroz reduktivne stanične diobe sklone greškama kako bi se dobilo aneuploidno potomstvo. Imunološki sustav je razvio mehanizme pomoću kojih može specifično prepoznati i ukloniti poliploidne stanice raka, no čini se da su one zahvaćene malignitetom tako da poliploidne stanice mogu opstati i potaknuti razvoj klonova stanica raka koji su otporni na terapije i imaju metastatski potencijal. Ovdje razmatramo mehanizme pomoću kojih mogu nastati poliploidne stanice raka, koje nadzire imunološki sustav i terapijske strategije koje mogu spriječiti ili izravno napasti poliploidne stanice raka.

Ključne riječi

Poliploid, mitoza, terapija, apoptoza, rak, imunološki nadzor

Normalne poliploidne stanice

Dok su stanice s 2n komplementom kromosoma definirane kao diploidne, stanice koje posjeduju više od 2n nazivaju se poliploidima. Dodatni sadržaj DNA u poliploidnim stanicama može se činiti vrlo divergentnim, ali poliploidne stanice postoje u sisavaca i imaju vitalnu ulogu u razvoju i homeostazi tkiva [1]. Sincitiotrofoblasti placente, na primjer, tvore sučelje između majčine krvi i embrionalne tekućine. Ove stanice omogućuju izmjenu plinova i hranjivih tvari te proizvode hormone koji održavaju trudnoću. One su višenuklearne stanice i nastaju i održavaju se fuzijom temeljnih diploidnih stanica citotrofoblasta [2]. Poliploidizacija se alternativno može dogoditi kada se genom replicira, ali stanice ne prolaze kroz citokinezu. Ova situacija se događa sa sazrijevanjem megakariocita (MK). Razvijaju se iz diploidnih, hematopoetskih matičnih stanica koštane srži, ali tijekom sazrijevanja postaju poliploidne endoreplikacijom, replikacijom DNA bez stanične diobe. Ovaj proces pokreće hormon trombopoetin i može rezultirati sadržajem do 64n DNA [3]. Završni korak sazrijevanja za MK zahtijeva ekstruziju nuklearnog sadržaja i formiranje proplateletnih struktura iz njihove citoplazme. Iako se još uvijek raspravlja, zahtjev za poliploidijom u razvoju MK vjerojatno je povezan sa zahtjevom za velikim količinama mRNA i proteina koji se na kraju pakiraju u trombocite za zgrušavanje i popravak.

Sincitiotrofoblasti, nastali fuzijom stanica, i MK, endoreplikacijom, predstavljaju dva različita, specijalizirana tipa stanica u kojima poliploidija igra vitalnu fiziološku ulogu. Međutim, aberantne poliploidne stanice raka također mogu nastati kada su normalne kontrole i ravnoteže stanične diobe ugrožene u pseudodiploidnim stanicama raka. U nastavku navodimo kako nastaju poliploidne stanice raka i razloge za napad na ovu populaciju stanica raka.

Poliploidne stanice raka

Onkogene promjene koje se javljaju kod raka olakšavaju mitotičko klizanje i citokinetički neuspjeh. Ovaj poremećaj olakšava aneuploidiju, brojčanu promjenu u djeliću diploidnog skupa kromosoma. Na primjer, mutacije gubitka funkcije u tumorskim supresorima kao što je BRCA2 [4], TP53 [5] i APC [6], svi povećavaju stopu citokinetičkog neuspjeha, dok aktivacija mutacija kinaze može utjecati na vjernost mitoze. Signalne kaskade konvergiraju kako bi utjecale na biogenezu i funkciju centrosoma, integritet kontrolne točke sklopa mitotičkog vretena (SAC) i završetak citokineze [7-9]. SAC djeluje kao zaštita za točnu segregaciju kromosoma, osiguravajući pravilno pričvršćivanje kinetohora na mikrotubule mitotičkog vretena i optimalnu napetost između bi-orijentiranih sestrinskih kinetohora prije prijelaza u anafazu (za pregled vidjeti [10-12]). Smatra se da su defekti u segregaciji kromosoma posljedica zaobilaženja SAC-a. Dakle, prethodni onkogeni događaji mogu poslužiti kao uvod u daljnju intratumoralnu genetsku heterogenost promicanjem aneuploidije. To potiče pojavu agresivnijih klonova stanica raka tijekom vremena. Tehnologije sekvenciranja pojedinačnih stanica nastavljaju otkrivati ​​ogromnu dubinu u klonskoj heterogenosti pronađenoj u raku [13].

Međutim, istaknuti put do aneuploidije može uključivati ​​poliploidni intermedijer. Poliploidija se razlikuje od aneuploidije. Poliploidija je brojčana promjena u cijelom skupu kromosoma, a ne samo u djeliću. Stanice raka mogu proći održivu mitozu, ali tada ne uspijevaju dovršiti citokinezu, što rezultira stvaranjem višenuklearne stanice. Za razliku od konvencionalnog pogleda na poliploidiju kao na proliferativno zaustavljeno stanje, akumulirani podaci ukazuju na to da poliploidne stanice mogu biti podvrgnute reduktivnim diobama koje mogu biti sklone pogreškama, što rezultira visoko aneuploidnim potomstvom koje je održivo i proliferativno [14]. U usporedbi s diploidijom, poliploidija služi kao otporni međuprodukt za aneuploidiju jer povećani sadržaj DNA učinkovitije puferira gubitak esencijalnih kromosoma [15].

Stanice koje imaju 4n, 8n ili više prisutne su u mnogim tumorima, a prisutnost poliploidnih stanica prepoznata je kao loš prognostički pokazatelj kod višestrukih karcinoma [16-18]. Za leukemije, osobito, odavno je poznato da predstavlja loš ishod [19]. Dakle, poliploidni skup tumorskih stanica može poslužiti kao stalni izvor na kojem se mogu pojaviti stanice s promjenjivim genomskim promjenama, proizvodeći terapijski rezistentne stanice i stanice s povećanim metastatskim potencijalom tijekom vremena [14,15,20] (navedeno u Slika 1).

Čini se da su poliploidne stanice posebno prikladne za recidiv metastatskog sjemena. Jedan od odgovora na poliploidiju je razvoj staničnog starenja [21]. Kao stanice u mirovanju, poliploidi mogu biti jedinstveno sposobni preživjeti suočeni s kemoterapeuticima koji ciljaju stanice koje se dijele. Osim toga, geni odgovora na oštećenje DNA ponovno su povezani u poliploidnim stanicama, pokrećući jednolančanu popravku baze i nehomologne puteve spajanja krajeva radi povećanja aktivnosti popravka DNA [22]. Pojava poliploidnih stanica iz starenja za stvaranje održivog aneuploidnog potomstva mogla bi pridonijeti recidivu tumora dugo nakon što je kemoterapija prestala. Višestruki dokazi sugeriraju da se zapravo pojavljuju i proizvode agresivne klonove stanica raka [14,20,23,24]. Jedan nedovoljno shvaćen aspekt biologije poliploidnih stanica raka je uočeno povećanje svojstava poliploida koja su povezana s visoko malignim karcinomima, čak i kada ta svojstva nisu očita u povezanom diploidnom pulu stanica raka. Primjeri uključuju promijenjenu ekspresiju regulatora staničnog ciklusa [22,25] i markera povezanih s epitelnim u mezenhimalni prijelaz (EMT) i matičnim stanicama raka [26,27]. Objavljen je detaljan pregled poboljšanja malignih svojstava u poliploidnim stanicama raka [28].

Važno je da poliploidne stanice raka imaju sposobnost zasijavanja tumorigeneze, tako da imaju svojstva slična matičnim stanicama raka. Poliploidne stanice izolirane iz staničnih linija raka jajnika izražavaju više razine CD markera matičnih stanica raka jajnika133, formiraju sferoide u kulturi i tumore kod imunokompromitiranih miševa [27]. Možda je najrečitije u vezi s fenotipom dediferencijacije ovih stanica to što se njima može selektivno manipulirati u staničnoj kulturi kako bi poprimile svojstva mezenhimskih linija od masnog tkiva, hrskavice i kosti [27]. Sklonost podvrgavanju EMT-u dugo se smatrala čimbenikom koji predstavlja metastatsku diseminaciju, tako da nasljeđivanje razvojne plastičnosti može biti važna karakteristika koju stanice kćeri nasljeđuju od poliploidnog prekursora.

Takvo nasljeđivanje može biti epigenetsko. Postoje dokazi, barem kod p53 pozitivnog karcinoma, da epigenetske promjene u poliploidnim stanicama omogućuju utišavanje p53 transcipacijskih ciljeva koji aktiviraju apoptozu i zaustavljanje staničnog ciklusa. Na primjer, inhibitor metilacije DNA 5-aza-2-deoksicitidin (5-AzadC) može obnoviti ekspresiju p53 mete i inhibitora kinaze ovisne o ciklinu, p21 CIP1, te također vratiti osjetljivost poliploidnih stanica raka na TNF&alpha [22]. Sposobnost epigentnih promjena da se prenesu na aneuploidno potomstvo poliploida nije dovoljno istražena i može doprinijeti nastanku rezistencije na lijekove i metastazama.

Imunonadzor

U imunokompetentnih miševa, tumori koji se na kraju pojavljuju nakon ugrađivanja poliploidnih stanica sastoje se uglavnom od pseudodiploidnih stanica raka, tako da nastaju iz potomstva reduktivne stanične diobe [29]. Sposobnost imunološkog sustava da specifično otkrije poliploidne stanice mogla bi biti mehanizam koji zahtijeva ovo smanjenje ploidnosti.

Mehanizmi pomoću kojih imunološki sustav eliminira poliploidne stanice raka nastaju putem signalizacije stresa. Protein kalreticulin se relokalizira na plazma membranu poliploidnih stanica raka, gdje djeluje kao ligand za protein povezan s LDL receptorima (LRP) (također poznat kao CD91) na površini fagocitnih stanica [30]. Da bi djelovao kao &ldquoeat me&rdquo signal, translokacija se mora dogoditi iz endoplazmatskog retikuluma (ER) gdje kalretikulin normalno funkcionira kao molekularni pratilac [31]. Snažni dokazi da je kalretikulin središnji za imunološki nadzor poliploidnih stanica potječu iz eksperimenata koji pokazuju da izloženost kalretikulinu na staničnoj površini poliploidnih stanica ne ograničava tumorigenezu kod imunodeficijentnih miševa, ali ograničava tumorigenezu kod miševa s netaknutim imunološkim sustavom [29,32]. Konstitutivni ER stres u poliploidnim stanicama usmjerava kalretikulin na staničnu površinu jer manipulacije koje ublažavaju ER stres također smanjuju transport kalretikulina na staničnu površinu i imunogenost [29].

Poliploidne stanice također su podložne pojačanom imunološkom nadzoru od strane prirodnih stanica ubojica (NK). Kemoterapeutici koji induciraju hiperploidiju induciraju ekspresiju liganada na površini stanice za receptore NKG2D i DNAM-1 koji aktiviraju NK stanice [33]. Opet, ER odgovor na stres igra ulogu. NKG2D ligand, MICA, reguliran je na površini i HCT-116 stanica raka debelog crijeva i K-562 stanica mijeločne leukemije ER stresom i to pokreće citolitičku aktivnost NK [33]. Poliploidija stoga može stvoriti antitumorski imunitet. Unatoč tom stalnom imunološkom nadzoru, karcinomi se često dijagnosticiraju u uznapredovaloj fazi s aneuploidijom, diseminacijom i urođenom sposobnošću izbjegavanja imunoloških efektorskih stanica. Unatoč pojavi antitijela koja moduliraju imunološku kontrolnu točku, vraćanje sposobnosti imunološkog sustava da identificira i napada stanice raka i dalje je veliki klinički izazov.

Poliploidija izazvana kemoterapijom

Dodatna složenost proizlazi iz činjenice da terapije koje napadaju stanice koje se dijele mogu nehotice pojačati razvoj poliploidije. Na primjer, lijekovi koji ometaju mitotičko vreteno induciraju produljeno zaustavljanje mitoze što dovodi do apoptoze izazvane mitotičkom katastrofom. Međutim, sporadične stanice pobjegnu, možda tako što padnu ispod praga induktivnih znakova potrebnih za apoptozu. Te stanice mogu alternativno uspjeti dovršiti citokinezu, postajući poliploidne. Uzastopni krugovi replikacije s neuspjelom citokinezom mogu dati stanice s ploidijom čak i većom od 4n i dok je apoptotska signalizacija još uvijek održiva u tetraploidnim stanicama raka induciranim nokodazolom [34], tetraploidne stanične linije otpornije su na zračenje i smrt uzrokovanu oštećenjem DNA od njihove smrti. diploidni dvojnici [35]. To sugerira da poliploidizacija ide ruku pod ruku s prigušenom sposobnošću aktiviranja intrinzične apoptotske signalizacije. Za razliku od apoptoze, utvrđeno je da pojačani autofagični tok u poliploidnim stanicama raka potiče ili potiskuje njihovo dugoročno preživljavanje na način ovisan o kontekstu [36,37]. Postojanost poliploidnih stanica raka vjerojatno je omogućena konvergencijom više mehanizama za bijeg.

Nekoliko klasa terapije raka izaziva populaciju poliploidnih stanica, uključujući klinički korištene taksane kao što su docetaksel [24,38] i paklitaksel, [39], agense koji oštećuju DNK kao što je doksorubicin [40], zračenje [14,41] i onkoprotein- ciljani spojevi [7,42]. To također uključuje ciljane lijekove koji inhibiraju kinazu koji izravno napadaju mitotičke strojeve, kao što su inhibitori Aurora kinaze [37,43] i inhibitori kinaze slični Polo [44,45]. Ako ciklusi poliploidizacije praćeni reduktivnom staničnom diobom potiču progresivno stvaranje aneuploidije, tada bi terapeutik koji cilja poliploidne stanice raka mogao biti sredstvo za kratki spoj ovog ciklusa, napad na razvoj genoma raka i poboljšanje ukupne učinkovitosti mnogih trenutno korištenih terapije.

Sprječavanje razvoja poliploidnih stanica raka

U teoriji, smanjenje pretvorbe diploidnih stanica raka u poliploidne stanice može biti strategija za ograničavanje evolutivnosti. Nekoliko dokaza sugerira kombinirane terapije koje djeluju prema ovom cilju. Jedna kombinirana terapija koja učinkovito cilja na stvaranje poliploidnih stanica, barem u kultiviranim staničnim linijama difuznog limfoma velikih stanica B (DLBCL), je kombinirana uporaba inhibitora kompleksa histon deacetilaze (HDAC), Belinostata, uz vinca alkaloid, vinkristin [46] . Sam vinkristin, kao i ostali toksini vretena, ima sklonost induciranju neke poliploidije uz mitotički zastoj i apoptozu. Belinostat potencira apoptotski odgovor. Autori nagađaju da postoji manje poliploidnih stanica jer je manje stanica podvrgnuto produljenom zastoju, mitotičkom klizanju i neuspjehu citokineze [46]. Više stanica raka podliježe akutnoj apoptozi. Dakle, kooperativni učinak ova dva lijeka napada stanice prije nego što se uspiju podvrgnuti endoreduplikaciji.

Flavopiridol, inhibitor ciklin-ovisne kinaze (CDK) širokog spektra, također se predlaže da smanjuje sklonost stvaranju poliploidnih stanica s toksinima vretena [47]. Ova aktivnost se pripisuje zaustavljanju G1 stanica raka i javlja se čak i u stanicama s nedostatkom gena supresora tumora koji poništavaju odgovor G1 kontrolne točke i koje imaju sklonost endoreduplikaciji nakon liječenja toksinima vretena. Dakle, citostatski učinak flavopiridola može inhibirati endoreduplikaciju i poliploidiju izazvanu toksinima vretena, barem in vitro. Sklonost da se apoptoza dogodi uz zastoj G1 izazvanog flavopiridolom može ovisiti i o tipu stanice i o lijekovima koji se koriste uz ovaj CDK inhibitor (za pregled vidjeti [48]).

Razvoj i održavanje poliploidije može doći s isplativim troškovima energije. Poliploidne stanice imaju povećanu veličinu i sadržaj DNK, a održavanje toga dok iniciranje novih krugova sinteze DNK zahtijeva povećan unos energije u usporedbi s diploidnim kolegama. Kao glavni regulator upotrebe stanične energije, mehanička meta kompleksa rapamicina 1 (mTOR1) prevodi metaboličke i okolišne znakove u kaskadu događaja koji omogućuju anaboličke procese kao što su translacija mRNA i sinteza lipida i mogu ograničiti kataboličke procese kao što je autofagija. Antikancerogeni učinci inhibitora Aurora kinaze B pojačani su zajedničkim liječenjem s mTOR inhibitorima [49]. I rapamicin i torkinib (PP242) potencirali su apoptozu izazvanu inhibitorima Aurora kinaze i indukciju autofagne smrti u stanicama poliploidne akutne mijeloične leukemije (AML). Utvrđeno je da je glikolitički metabolizam pojačan u poliploidnim stanicama, a suradnja se pripisuje pojačanom metaboličkom stresu [49]. Na sličan način, aktivacija 5&rsquo AMP-aktivirane protein kinaze (AMPK), izravnog uzvodnog inhibitora mTOR, bilo prirodnim proizvodom, resveratrolom, ili salicilatom, aktivnim produktom aspirina, može inhibirati stvaranje poliploidnih stanica [50]. To se dogodilo uz liječenje poliploidindukcijskim lijekovima nokodazolom, citohalasinom D ili inhibitorom Aurora kinaze B. Važno je da je potvrđena anti-poliploidna aktivnost in vivo korištenjem APC min modela kolorektalnog karcinoma [50].

Napad na postojeće poliploidne stanice raka

Poželjno ciljanje na poliploidne stanice ili sprječavanje prijelaza poliploidnih u aneuploidne stanice moglo bi onemogućiti napredovanje tumora. Probir visoke propusnosti za spojeve koji selektivno ubijaju poliploidne stanice sugerira da bi doziranje gena moglo biti iskorištava osobina [51]. Na primjer, 8-azaguanin, spoj koji zahtijeva pretvorbu u bioaktivni metabolit pomoću enzima hipoksantin fosforibozil transferaze 1 (HPRT 1), toksičniji je za poliploidne stanice raka. Dodatne kopije HRPT 1 u poliploidnim stanicama temelj ove toksičnosti [51]. Promijenjena ekspresija drugih gena također se može iskoristiti. Utvrđeno je da su geni koji reguliraju diobu mejotskih stanica pojačano regulirani u poliploidnim stanicama raka, zajedno s genima koji reguliraju mitotičku diobu [41,52]. To znači da dioba stanica, uključujući reduktivne diobe koje proizvode aneuploidno potomstvo, bilo putem nuklearnog pupanja, multipolarne diobe ili na neki drugi način, može iskoristiti različit skup proteina stanične diobe u usporedbi s diploidima. Nije poznato jesu li neki proteini specifični za mejozu apsolutno potrebni ili podložni lijekovima u poliploidnim stanicama, ali identificiranje takvih ranjivosti pomaknut će se korak bliže ciljanim terapijama za poliploidne stanice raka.

Razotkrivena je posebna strategija korištenjem sustava stanične kulture kako bi se ispitala sintetička smrtnost između MYC i inhibicije Aurora kinaze B. Članovi Bcl za preživljavanje2 obitelji potvrđeno je da omogućuje perzistenciju poliploidnih stanica [53,54]. Suradnja između inhibitora Aurora kinaze B i inhibitora pro-survival Bcl2 proteina, prethodno je istražen [55-57]. Pretpostavljeni su kooperativni učinci zbog pojačane apoptoze kroz aktivaciju intrinzičnog apoptotičkog puta. Međutim, nova otkrića ukazuju na poseban mehanizam. Za preživljavanje Bcl2 obiteljski proteini također stupaju u interakciju s BH3 samo protein Beclin1 (također ATG6) u endoplazmatskom retikulumu za blokiranje autofagije [58,59]. Pokazalo se da je ova interakcija ključna za sprječavanje smrtonosne autofagije koja prati poliploidiju i da doprinosi rezistenciji na lijekove u in vitro model [54]. Ovo istraživanje točno ukazuje na ciljani mehanizam djelovanja za izravni napad poliploidnih stanica raka. BH3 mimetički lijekovi ometaju interakciju pro-survival Bcl2 obitelji proteina s BH3 domenu Beclin1 i ova se taktika može koristiti u kombinaciji s lijekovima kao što su inhibitori Aurora kinaze za poboljšanje ubijanja stanica. BH3 mimetici su se također pokazali učinkovitima uz druge lijekove koji induciraju poliploidiju [60].

Drugi načini da poremete Beclin1/Bcl2 interakcija se također može pokazati vrijednom. Ceramidi su obitelj lipida sastavljena od sfingozina i lanca masnih kiselina. Nalaze se u različitim odjeljcima stanične membrane, uključujući Golgi i lizosom i mogu modificirati stanične signalne puteve. Utvrđeno je da kratkolančani ceramidi induciraju disocijaciju kompleksa nastalog između Beclina1 i Bcl2 kroz aktivaciju c-Jun N-terminalne kinaze 1 (JNK1) [61]. JNK1 fosforilira Bcl2 proteina i to ometa povezanost između Beclina1 i Bcl2, čime se omogućuje autofagija [61]. Za poliploidne stanice ova autofagija je smrtonosna. Obaranje gena koji kodira transportni protein ceramida (poznat kao COL4A3BP ili CERT), koji pomiče ceramid iz endoplazmatskog retikuluma (ER) do Golgijevog aparata, inducira ekspresiju membranskog proteina 2 povezanog s lizosomom (LAMP2) i povećava autofagni tok, što dovodi do smrti poliploidnih stanica [62]. Dakle, COL4A3BP može biti meta terapijske intervencije za napad na poliploidne stanice raka koje u konačnici djeluju putem prekida Beclina1/ Bcl2 interakcija.

Pristupi izravnog ciljanja ne moraju ciljati samo poliploidne stanice. Na primjer, inhibicija PLK1 uz liječenje toksinima vretena dovodi do pojačane apoptoze i diploidnih i poliploidnih stanica raka, ali poliploidne stanice imaju povećanu osjetljivost [63]. Pojačani učinak PLK1 inhibicija na stanicama s >4n sadržajem DNA pripisana je nesposobnosti poliploidnih stanica da toleriraju bilo kakvo daljnje povećanje ploidnosti koje je inducirao PKL1 inhibicija. Poliploidne stanice lakše su se kretale prema apoptozi izazvanoj mitotičkom katastrofom. Duplikacija genoma također povećava osjetljivost na farmakološke inhibitore člana 11 obitelji mitotičkog kinezina (također poznatog kao Eg5) [64] i monopolarnog proteina vretena 1 (MPS1) [65], stoga je trajna inhibicija mitotičkih regulatora toksičnija za poliploidne stanice od njihovih diploidnih kolega. U teoriji, ovi pristupi će ciljati i diploidne i poliploidne stanice raka i mogu biti učinkovite terapije za napad na sve stanice raka.

Sažetak

Genomska nestabilnost je obilježje raka i poliploidne stanice su se pojavile kao međustanica na putu prema aneuploidiji. Aktivno se istražuju pristupi koji sprječavaju stvaranje i/ili ciljaju postojeće poliploidne stanice raka. Međutim, tek počinjemo shvaćati kako najbolje napasti poliploidne stanice raka. Čini se da kombinirane terapije koje napadaju sve stanice raka, ali zbog jedinstvenih ranjivosti mogu dati prednost poliploidnim stanicama, možda obećavaju. Omogućavanje smrtonosne autofagije pojavilo se kao jedan od načina za napad na populaciju poliploidnih stanica raka. Potrebna su i dodatna istraživanja kako bi se istražila uloga koju bi poliploidne stanice raka mogle igrati u protutumorskome imunitetu. Odgovor na stres ER i kalretikulin igraju ulogu u imunološkom nadzoru aberantne poliploidije, ali zagonetno je kako se to zaobilazi kako bi se omogućila perzistencija poliploidnih stanica raka u pacijenata. Terapeutici koji ponovno uspostavljaju imunološki napad na poliploidne stanice, zajedno s terapeuticima koji prvenstveno napadaju ranjivost poliploida, mogu se pokazati snažnom kombinacijom koja zaustavlja napredovanje tumora u svojim stazama.


Hibridna specijacija kod sisavaca: iluzija ili stvarnost?

U pregledu se analiziraju poznati primjeri pretpostavljene hibridne specijacije kod sisavaca. Često nije lako jasno razlikovati hibridnu specijaciju i derivate drugih evolucijskih scenarija. Ipak, dokazana je stvarnost hibridne specijacije, i alopoliploidne (AHS) i homoploidne (HHS), unutar ove klase. Karakteristično je da razmatrani primjeri uključuju samo jedan slučaj AHS uz mnoštvo HHS događaja. Specifikacija putem poliploidije je malo vjerojatna kod sisavaca zbog oštećenja mehanizma kompenzacije doze gena. Pretpostavlja se da se HHS može pojaviti, najvjerojatnije u skupinama sisavaca s hemohorijalnom placentacijom. Pokazuje se dobra podudarnost između specifičnih prirodnih situacija i teoretskih predviđanja vrste pretpostavljenog hibridnog podrijetla obično su morfološki aberantne (unutar vlastitih skupina), njihova geografska područja su relativno mala, te su prostorno odvojene od roditeljskih oblika i često zauzimaju rubna staništa. Prepoznavanje realnosti takve vrste specijacije kod sisavaca čini očitim da nisu samo vrste s uskim rasponom, koje zauzimaju periferne ekološke niše, često s ekstremnim uvjetima okoliša, te koje treba uzeti pod zaštitu, već i stabilizirane hibridne populacije s jedinstveni genski fond i osebujan fenotipski izgled. Bez sumnje, ove se populacije mogu smatrati zanimljivim evolucijskim modelima i stoga definitivno zaslužuju zaštitu.


Pokretanje p53 nakon neuspjeha citokineze

Stanice koje se ne uspijevaju podijeliti tijekom citokineze često se zaustavljaju u sljedećoj G1 fazi pomoću tajanstvenog mehanizma koji ovisi o p53. Što je izazvalo ovo uhićenje, nije jasno. Nove studije, uključujući izvješće u ovom broju (Uetake i Sluder, 2004.) sugeriraju da do tog zastoja ne dolazi zato što su stanice poliploidne, dvonuklearne, imaju više centrosoma ili nemaju uspješnu citokinezu, što ovaj fenomen čini još zbunjujućim.

Obilježje većine stanica raka je da su vrlo aneuploidne, dok većina somatskih stanica ima stabilnu ploidnost. Čak se pretpostavljalo da poliploidija stvara genetsku nestabilnost (Lengauer i sur., 1998.). Nejasno je održavaju li normalne somatske stanice svoju ploidnost jednostavno vjernom mitotičkom segregacijom svojih kromosoma ili imaju mehanizme za otkrivanje aneuploidije i ili ispravljaju ovaj problem ili blokiraju aneuploidne stanice iz daljnjih ciklusa diobe. Sve veći broj radova sugerira da stanice koje ne prođu citokinezu aktiviraju "tetraploidnu kontrolnu točku" koja ih zaustavlja u sljedećem G1 na način ovisan o p53. Međutim, nedavni radovi sugeriraju da poliploidija sama po sebi ne može pokrenuti p53 mrežu, a in vivo relevantnost ovog uhićenja je još uvijek nejasna.

Dobro je utvrđeno da p53 blokira napredovanje staničnog ciklusa u stanicama koje ne uspijevaju citokinezu, budući da su mnogi istraživači neovisno generirali poliploidne stanice koje se zaustavljaju u sljedećem G1 (slika 1). Prvobitno promatranje ovog fenomena prethodilo je otkriću p53. Hirano i Kurimura (1974.) su otkrili da se stanice inficirane SV40 nisu zaustavile u G1 kada su liječene citohalasinom, lijekom koji truje aktin i, prema tome, sprječava kontrakciju citokinetičke brazde (slika 1 B). Sada je poznato da infekcija SV40 inaktivira p53. Reid i suradnici (Cross et al., 1995.) inkubirali su fibroblaste mišjih embrija (MEF) u nokodazolu ili kolcemidu, dva različita lijeka za depolimerizaciju mikrotubula, tijekom 22 sata, i otkrili da su MEF divljeg tipa zaustavljen s 4N ploidijom -/, ali P53 − MEF-ovi su replicirali svoje kromosome i postali 8N (Cross i sur., 1995.). Daljnje studije su pokazale da iako su stanice bile u nokodazolu, 4N stanice se nisu zaustavile u mitozi, već su pobjegle kontrolnoj točki vretena i zaustavljene u kasnijoj G1 fazi u stanju koje je imalo mnogo obilježja zaustavljanja p53 kontrolne točke izazvanog oštećenjem DNK (Sl. 1 C) (Lanni i Jacks, 1998. Minn i sur., 1996.). Vrijedno je istaknuti da su ovi eksperimenti prvi put viđeni u stanicama miša koje imaju funkcionalnu kontrolnu točku vretena, ali ne mogu održavati mitotički zastoj u nokodazolu gotovo jednako dugo kao ljudske stanice. Margolisova skupina stvorila je dvonuklearne stanice s dihidrocitohalasinom B (Slika 1 B) (Andreassen i sur., 2001.), i ponovno su p53-pozitivne stanice zaustavljene u kasnijoj G1 fazi, dok su p53-minus stanice replicirale svoju DNK kako bi postale 8N. Istražujući kako prekomjerna ekspresija onkogena Aurora A stvara više centrosoma, skupina Ericha Nigga otkrila je da višak ekspresije Aurore A blokira citokinezu (slika 1 B) (Meraldi i sur., 2002.). Dalje su pokazali da su te stanice također uhićene u sljedećem G1 na način ovisan o p53. Iako se još uvijek mora službeno utvrditi, vjerojatno je da zajednički mehanizam aktivira p53 nakon svakog od ovih tretmana.

Budući da stanice raka često imaju dodatne kromosome, pretpostavlja se da postoji početni događaj koji uzrokuje da stanice raka postanu poliploidne, a zatim smanjena vjernost segregacije kromosoma rezultira naknadnom aneuploidijom koja dovodi do gubitka heterozigotnosti tumorskih supresora. Stoga je predodžba da p53 blokira napredovanje u S-fazu u poliploidnim stanicama zadovoljavajuća, jer dodatno objašnjava gotovo univerzalni gubitak puta p53 tijekom progresije raka. Međutim, dublje razmišljanje sugerira da su "normalne" somatske stanice često poliploidne, a početni modeli mogu biti naivni. Poliploidija, i autopoliploidija i alopoliploidija, uobičajena je među višim biljkama (kritosjemenjačama), ali relativno rijetka među životinjama i nije ograničena na bilo koji određeni rod. Muller (1925) je prvi sugerirao da je poliploidija rijetka kod životinja zbog evolucije spolnih kromosoma i kromosomske osnove za određivanje spola. Važno je da postoje poliploidne životinje. Tetraploidne su razne žabe i krastače, a među njima je najpoznatija Xenopus laevis. Rasoluni škampi (Artemia franciscana) je tetraploidna, dok je borova pilerica (Diprion similie) ima diploidne mužjake, ali tetraploidne ženke. Povećana ploidnost je također zabilježena u ljudi. Triploidni i tetraploidni fetusi često umiru i pobačeni su u prvom tromjesečju, ali postoji mnogo slučajeva fetusa koji prežive do trećeg tromjesečja i mali broj slučajeva tetraploidnih živorođenih (Edwards i sur., 1994. Nakamura i sur., 2003. ). Postoje određeni tipovi stanica u ljudi koji su poliploidni, na primjer, megakariociti povećavaju ploidnost kao dio njihove diferencijacije (Queisser i sur., 1971.). Iako je moguće da poliploidni organizmi i stanice prolaze kroz adaptivne događaje, ova opažanja sugeriraju da poliploidija sama po sebi nije smrtonosna na staničnoj razini.

Izvješće u ovom broju pruža novi uvid u uzrok uhićenja ovisnog o p53. Uetake i Sluder su otkrili da prolazno liječenje s vrlo niskim koncentracijama citohalasina D može blokirati citokinezu za stvaranje binukleatnih stanica, ali stanice tretirane na ovaj način nisu se zaustavile na G1 (slika 1 D) (Uetake i Sluder, 2004.). Koristeći videomikroskopiju, pratili su binukleatne stanice nastale u tim niskim koncentracijama citohalasina D i pokazali da su podvrgnute mitozi i još jednom krugu citokineze. Nedostatak zastoja nije uzrokovan gubitkom p53 puta, budući da su iste stanice zaustavljene pri višim koncentracijama citohalasina D. Slično, Wong i Stearns su spojili ljudske diploidne fibroblaste kožice (koji se također mogu zaustaviti kao binukleati s visokim koncentracijama cytochalasin) i pokazali su da su nastali binukleatni hibridomi ušli u S-fazu bez duljeg zastoja (Wong, C. i T. Stearns, osobna komunikacija). Ovi jednostavni eksperimenti snažno dokazuju da zastoj ovisan o p53 nije potaknut binukleacijom, poliploidijom, višestrukim centrosomima ili neuspjehom citokineze.

Ono što pokreće p53 mrežu u tetraploidnim stanicama postalo je središnja enigma na ovom području. Jedan nagovještaj dolazi iz zapažanja da možda postoji određena specifičnost tipa stanice. Margolisova skupina izvorno je koristila embrionalne fibroblaste štakora (stanice Ref52) (Andreassen i sur., 2001.), a Uetake i Sluder su otkrili da su te stanice zaustavljene čak i pri nižim koncentracijama citohalasina D koje nisu blokirale progresiju S-faze u hTert-RPE1 stanicama ili ljudski primarni fibroblasti kožice. Zanimljivo je da bi se zastoj u stanicama Ref52 mogao ublažiti postavljanjem stanica na fibronektin, a ne izravno na staklo (Uetake i Sluder, 2004.). Nejasno je zašto fibronektin potiskuje arest, ali je zanimljivo da vezanje integrina na fibronektin može regulirati citoskelet aktina i mikrotubula. Možda poremećaj citoskeleta tijekom neuspjele citokineze stvara "slijepu ulicu" citoskeletnog kompleksa koji aktivira p53, a putevi nizvodno od integrina mogu riješiti ove probleme mreže citoskeleta.

Da bi se razumjelo sprečava li ovaj p53-ovisni zastoj zapravo prevenciju progresije raka, ne samo da je potrebno odrediti signal već se moraju opisati i uvjeti pod kojima se zaustavljanje normalno pokreće. Većina studija koristila je lijekove za pokretanje uhićenja, s jednom iznimkom u skupini Briana Reida koji je otkrio povećanje ploidnosti posebno kod p53 -/− miševa. 25 dana nakon rođenja, gušterača 53 -/− miševa ima ∼23% 4N stanica u usporedbi sa 7% kod divljeg tipa. Štoviše, kod transgenih miševa koji su blokirali p53 i druge proteine ​​ekspresijom SV40 T-antigena pod promotorom elastaze broj poliploidnih stanica u gušterači bio je >45% (Cross i sur., 1995.). Ovo izvješće o p53 sprječavanju poliploidije in vivo sugerira da ovaj tajanstveni put još uvijek može imati važnu ulogu u sprječavanju napredovanja raka.


FILOGENSKI OBRACI

Slika 1 prikazuje, u pojednostavljenom obliku, glavne podjele u taksonomiji riba, s istaknutim redoslijedom u kojem se pojavljuju poliploidi. Vrste koje se smatraju poliploidnima prikazane su u tablici 1, preuzetoj iz Otto & Whitton (2000). Prva stvar koju treba napomenuti je da su ribe parafiletske, osim ako nisu uključeni tetrapodi. Ova će se komplikacija ovdje zanemariti, a rasprava će isključiti tetrapode. Poliploidiju kod vodozemaca i sisavaca pregledali su Mable i Gallardo et al. (2004 – oba ovo izdanje). Druga komplikacija je to što u mnogim slučajevima relevantne informacije jednostavno nisu dostupne. Općenito govoreći, istraživanja broja kromosoma manje su potpuna za ribe nego za druge životinje: Lagier et al. (1977) procjenjuje da je samo 400 vrsta (1,6%) bilo proučavano od strane kromosomskih citologa, i iako je od tada učinjeno mnogo posla, malo se zna o citogenetici velike većine vrsta. Unutar Chondrichthyesa, Stingo & Rocco (2001) zaključili su da su kariotipovi samo 63 od 1100 poznatih vrsta (5,73%) opisani u literaturi u prethodnih 40 godina. Međutim, unatoč nedostatku podataka, jasno je da se poliploidija javlja neovisno u različitim redoslijedom. To uključuje takve filogenetski raznolike svojte kao što su Lepidosireniformes (plućac), Acipenseriformes (vesoljac i jesetra), Cypriniformes (odojci, vijun, šaran i gavd) i Perciformes (smuđ). Dok su obitelji Catostomidae i Salmonidae potpuno poliploidne ili poliploidnog podrijetla, u drugim obiteljima (npr. Cobitidae i Cyprinidae) opažene su različite razine ploidnosti (Machordom & Doadrio, 2001.).

Kladogram viših kategorija riba, koji pokazuje broj vrsta u svakom od 57 postojećih redova riba (podaci iz Nelsona, 1994.). *Izumrle svojte. †Nalozi za koje je poznato da uključuju poliploide. Obratite pažnju na položaj tetrapoda unutar Sarcopterygija. Preuzeto od Nelsona (1994).

Kladogram viših kategorija riba, koji pokazuje broj vrsta u svakom od 57 postojećih redova riba (podaci iz Nelsona, 1994.). *Izumrle svojte. †Nalozi za koje je poznato da uključuju poliploide. Obratite pažnju na položaj tetrapoda unutar Sarcopterygija. Preuzeto od Nelsona (1994).

Poliploidne obitelji i vrste (izmijenjeno iz Otto & Whitton, 2000.)

Narudžba . Vrsta/Taxon . Reference .
Acipenseriformes Scaphirynchus platorhynchus Schultz (1980.)
Poliodon špatula Schultz (1980.)
Atheriniformes Menidija sp. Echelle i Mosier (1981.)
Cypriniformes Barbatula barbatula Collares-Pereira, Madeira & Rab (1995.)
Catostomidae Schultz (1980.)
Botia spp. Yu et al. (1987.), Rishi, Shashikala i Rishi (1998.)
Cobitis spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Misgurnus anguillicaudatus Arai, Matsubara i Suzuki (1993.)
Misgurnus fossilis Post (1965.), Raicu & Taisescu (1972.)
Barbodes spp. Yu et al. (1987)
Barbus spp. Chenuil, Galtier i Berrebi (1999.)
Acrossocheilus sumatranus Suzuki i Taki (1981.)
Aulopyge hugelii Vasiljev (1980.), Mazik, Toktosunov & Rab (1989.)
Carassius auratus Schultz (1980), Yu et al. (1987.), Shimizu, Oshiro i Sakaizumi (1993.)
Podfamilija Cyprininae Schultz (1980), Yu et al. (1987.), Larhammar i Risinger (1994.)
Opsariichthys unicirostris bidens Yu et al. (1987.), Mazik et al. (1989)
Phoxinus eos–neogaeus kompleks Dawley, Schultz i Goddard (1987), Goddard i Schultz (1993)
Leuciscus alburnoides kompleks Alves et al. (1998)
Podfamilija Schizotoracinae Mazik et al. (1989)
Shizotoraks spp. Mazik et al. (1989)
Synocyclocheilus spp. Yu et al. (1987)
Tor spp. Gui et al. (1985)
Zacco platipus Yu et al. (1987.), Mazik et al. (1989)
Cyprinodontiformes Poecilia spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Poeciliopsis spp. Schultz (1980.)
Lepidosireniformes Protopterus dolloi Vervoort (1980.)
Lepisosteiformes Lepisosteus oculatus f. productus Schultz (1980.)
Perciformes Stizostedion vitreum Ewing, Scalet i Evenson (1991.)
Salmoniformes Salmonidae Allendorf i Thorgaard (1984.)
Siluriformes Corydoras, Aspidoras, Brochis spp. Oliveira et al. (1992, 1993)
Clarias batrachus Pandey & Lakra (1997.)
Heteropneustes fossilis Pandian & Koteeswaran (1999.)
Narudžba . Vrsta/Taxon . Reference .
Acipenseriformes Scaphirynchus platorhynchus Schultz (1980.)
Poliodon špatula Schultz (1980.)
Atheriniformes Menidija sp. Echelle i Mosier (1981.)
Cypriniformes Barbatula barbatula Collares-Pereira, Madeira & Rab (1995.)
Catostomidae Schultz (1980.)
Botia spp. Yu et al. (1987.), Rishi, Shashikala i Rishi (1998.)
Cobitis spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Misgurnus anguillicaudatus Arai, Matsubara i Suzuki (1993.)
Misgurnus fossilis Post (1965.), Raicu & Taisescu (1972.)
Barbodes spp. Yu et al. (1987)
Barbus spp. Chenuil, Galtier i Berrebi (1999.)
Acrossocheilus sumatranus Suzuki i Taki (1981.)
Aulopyge hugelii Vasiljev (1980.), Mazik, Toktosunov & Rab (1989.)
Carassius auratus Schultz (1980), Yu et al. (1987.), Shimizu, Oshiro i Sakaizumi (1993.)
Podfamilija Cyprininae Schultz (1980), Yu et al. (1987.), Larhammar i Risinger (1994.)
Opsariichthys unicirostris bidens Yu et al. (1987.), Mazik et al. (1989)
Phoxinus eos–neogaeus kompleks Dawley, Schultz i Goddard (1987), Goddard i Schultz (1993)
Leuciscus alburnoides kompleks Alves et al. (1998)
Podfamilija Schizothoracinae Mazik et al. (1989)
Shizotoraks spp. Mazik et al. (1989)
Synocyclocheilus spp. Yu et al. (1987)
Tor spp. Gui et al. (1985)
Zacco platipus Yu et al. (1987.), Mazik et al. (1989)
Cyprinodontiformes Poecilia spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Poeciliopsis spp. Schultz (1980.)
Lepidosireniformes Protopterus dolloi Vervoort (1980.)
Lepisosteiformes Lepisosteus oculatus f. productus Schultz (1980.)
Perciformes Stizostedion vitreum Ewing, Scalet i Evenson (1991.)
Salmoniformes Salmonidae Allendorf i Thorgaard (1984.)
Siluriformes Corydoras, Aspidoras, Brochis spp. Oliveira et al. (1992, 1993)
Clarias batrachus Pandey & Lakra (1997.)
Heteropneustes fossilis Pandian & Koteeswaran (1999.)

Poliploidne obitelji i vrste (izmijenjeno iz Otto & Whitton, 2000.)

Narudžba . Vrsta/Taxon . Reference .
Acipenseriformes Scaphirynchus platorhynchus Schultz (1980.)
Poliodonska lopatica Schultz (1980.)
Atheriniformes Menidija sp. Echelle i Mosier (1981.)
Cypriniformes Barbatula barbatula Collares-Pereira, Madeira & Rab (1995.)
Catostomidae Schultz (1980.)
Botia spp. Yu et al. (1987.), Rishi, Shashikala i Rishi (1998.)
Cobitis spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Misgurnus anguillicaudatus Arai, Matsubara i Suzuki (1993.)
Misgurnus fossilis Post (1965.), Raicu & Taisescu (1972.)
Barbodes spp. Yu et al. (1987)
Barbus spp. Chenuil, Galtier i Berrebi (1999.)
Acrossocheilus sumatranus Suzuki i Taki (1981.)
Aulopyge hugelii Vasiljev (1980.), Mazik, Toktosunov & Rab (1989.)
Carassius auratus Schultz (1980), Yu et al. (1987.), Shimizu, Oshiro i Sakaizumi (1993.)
Podfamilija Cyprininae Schultz (1980), Yu et al. (1987.), Larhammar i Risinger (1994.)
Opsariichthys unicirostris bidens Yu et al. (1987.), Mazik et al. (1989)
Phoxinus eos–neogaeus kompleks Dawley, Schultz i Goddard (1987), Goddard i Schultz (1993)
Leuciscus alburnoides kompleks Alves et al. (1998)
Podfamilija Schizotoracinae Mazik et al. (1989)
Shizotoraks spp. Mazik et al. (1989)
Synocyclocheilus spp. Yu et al. (1987)
Tor spp. Gui et al. (1985)
Zacco platipus Yu et al. (1987.), Mazik et al. (1989)
Cyprinodontiformes Poecilia spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Poeciliopsis spp. Schultz (1980.)
Lepidosireniformes Protopterus dolloi Vervoort (1980.)
Lepisosteiformes Lepisosteus oculatus f. productus Schultz (1980.)
Perciformes Stizostedion vitreum Ewing, Scalet i Evenson (1991.)
Salmoniformes Salmonidae Allendorf i Thorgaard (1984.)
Siluriformes Corydoras, Aspidoras, Brochis spp. Oliveira et al. (1992, 1993)
Clarias batrachus Pandey & Lakra (1997.)
Heteropneustes fossilis Pandian & Koteeswaran (1999.)
Narudžba . Vrsta/Taxon . Reference .
Acipenseriformes Scaphirynchus platorhynchus Schultz (1980.)
Poliodonska lopatica Schultz (1980.)
Atheriniformes Menidija sp. Echelle i Mosier (1981.)
Cypriniformes Barbatula barbatula Collares-Pereira, Madeira & Rab (1995.)
Catostomidae Schultz (1980.)
Botia spp. Yu et al. (1987.), Rishi, Shashikala i Rishi (1998.)
Cobitis spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Misgurnus anguillicaudatus Arai, Matsubara i Suzuki (1993.)
Misgurnus fossilis Post (1965.), Raicu & Taisescu (1972.)
Barbodes spp. Yu et al. (1987)
Barbus spp. Chenuil, Galtier i Berrebi (1999.)
Acrossocheilus sumatranus Suzuki i Taki (1981.)
Aulopyge hugelii Vasiljev (1980.), Mazik, Toktosunov & Rab (1989.)
Carassius auratus Schultz (1980), Yu et al. (1987.), Shimizu, Oshiro i Sakaizumi (1993.)
Podfamilija Cyprininae Schultz (1980), Yu et al. (1987.), Larhammar i Risinger (1994.)
Opsariichthys unicirostris bidens Yu et al. (1987.), Mazik et al. (1989)
Phoxinus eos–neogaeus kompleks Dawley, Schultz i Goddard (1987), Goddard i Schultz (1993)
Leuciscus alburnoides kompleks Alves et al. (1998)
Podfamilija Schizotoracinae Mazik et al. (1989)
Shizotoraks spp. Mazik et al. (1989)
Synocyclocheilus spp. Yu et al. (1987)
Tor spp. Gui et al. (1985)
Zacco platipus Yu et al. (1987.), Mazik et al. (1989)
Cyprinodontiformes Poecilia spp. Schultz (1980), Vrijenhoek et al. (1989)
Poeciliopsis spp. Schultz (1980.)
Lepidosireniformes Protopterus dolloi Vervoort (1980.)
Lepisosteiformes Lepisosteus oculatus f. productus Schultz (1980.)
Perciformes Stizostedion vitreum Ewing, Scalet i Evenson (1991.)
Salmoniformes Salmonidae Allendorf i Thorgaard (1984.)
Siluriformes Corydoras, Aspidoras, Brochis spp. Oliveira et al. (1992, 1993)
Clarias batrachus Pandey & Lakra (1997.)
Heteropneustes fossilis Pandian & Koteeswaran (1999.)

S obzirom na važnost poliploidije (osobito alopoliploidije) u biljnoj speciaciji (Leitch & Bennett, 1997.), također je primjetno da su redovi riba za koje se zna da uključuju poliploidne oblike također, općenito govoreći, među najbogatijim vrstama (npr. , Perciformes, s 9293 vrste, i Cypriniformes, s 2662 vrste). Zapravo, od 24 618 postojećih vrsta riba u 57 redova, većina (63%) spada u devet redova za koje se zna da uključuju poliploide. Međutim, treba biti oprezan pri izvlačenju zaključaka iz ovih podataka.Prvo, zato što nije točno da su sve vrste unutar ovih svojti poliploidne i, drugo, zato što ovaj obrazac može jednostavno odražavati činjenicu da je vjerojatnije da će se poliploidija identificirati u skupinama bogatim vrstama. Međutim, u vrstama bogatim bodljastima (vidi dolje), čini se da je poliploidija, uključujući alopoliploidiju, igrala ulogu u specijaciji (Machordom & amp Doadrio, 2001.). Mogući odnos između poliploidije i specijacije zaslužuje dodatnu pozornost. Konkretno, Characiformes (1343 vrste), koji su usko povezani s Cypriniformes i Siluriformes, za koje je poznato da uključuju poliploidne oblike, mogli bi biti vrijedni istraživanja.

Još jedan upečatljiv filogenetski obrazac tiče se distribucije poliploidnih redova u odnosu na hibridizaciju. Lagier et al. (1977) je naveo da su hibridi poznati u 56 obitelji riba, a najčešći su kod Salmonidae (Salmoniformes), Esocidae (Esociformes), Cyprinidae (Cypriniformes), Catostomidae (Cypriniformes), Centrarchidae (Perciformes (P) i Percidae). Sukladnost između ovog popisa i onih redova za koje je utvrđeno da uključuju poliploide na slici 1 sugerira da je alopoliploidija možda bila prevladavajući način poliploidizacije u ribama.

Unutar svojti za koje je poznato da se poliploidija javlja, mogla je evoluirati neovisno u više navrata. Unutar Cyprinidae (najveće obitelji kralježnjaka, s mogućim izuzetkom Gobiidae Nelson, 1994.), rod Barbus ističe se kao vrlo specifičan, s više od 800 vrsta. Taksonomija ove skupine, a posebno one afričkih bodljikava, je komplicirana, a nedavna studija koja koristi podatke iz citokroma b gen je pokazao da je skupina polifiletska (Tsigenopoulos et al., 2002.). Unutarnje su poznate tri razine ploidnosti Barbus: diploidi, tetraploidi i heksaploidi (Tsigenopoulos et al., 2002.). Machordom & amp Doadrio (2001) sugeriraju da su se unutar skupine dogodila najmanje tri poliploidizacijske događaje, jedan je uključivao južnoafričke tetraploide, drugi se dogodio u zajedničkom pretku palearktičkih tetraploida i heksaploida, a treći u heksaploidima (Sl. 2). Stoga se čini da se tetraploidija u dva navrata razvila odvojeno od diploidnog stanja predaka, dok se čini da su heksaploidi monofiletski (Tsigenopoulos et al., 2002.). Zanimljivo je da prisutnost 'stranih' rodova kao sestrinskih skupina nekih monofiletskih skupina unutar filogenije sugerira da su heksaploidi mogli nastati putem alopoliploidije (Machordom & amp Doadrio, 2001.). Slična situacija poznata je i kod Siluriformes (som), u kojima je zajednički predak rodova Corydoras, Aspidoras i Brochis pretpostavlja se da je poliploidna, s najmanje dvije sekundarne poliploidizacije (Oliveira et al., 1992., 1993.). Zanimljivo, Corydoras mnogo je specifičniji od druga dva roda, činjenica koja bi mogla biti vrijedna daljnjeg istraživanja (M. Reichard, pers. comm.). Dakle, osim što se razvijala više puta u različitim redovima (slika 1), poliploidija je evoluirala nekoliko puta neovisno unutar najmanje dvije skupine, a čini se vjerojatnim da još treba otkriti druge primjere.

Pojednostavljena filogenija bodljikava, koja pokazuje prijelaze na tetraploidiju i heksaploidiju iz diploidnog stanja predaka, sa 'stranim' rodovima Aulopyge i Varicorhinus. Preuzeto iz Machordom & Doadrio (2001).

Pojednostavljena filogenija bodljikava, koja pokazuje prijelaze na tetraploidiju i heksaploidiju iz diploidnog stanja predaka, sa 'stranim' rodovima Aulopyge i Varicorhinus. Preuzeto iz Machordom & Doadrio (2001).

Proučavane su i reproduktivne strategije poliploidnih riba. Također unutar Cyprinidae, iberijska gavčica, Leuciscus alburnoides, sastoji se od kompleksa diploidnih i poliploidnih oblika s različitim načinima reprodukcije, uključujući aseksualnu reprodukciju (Alves, Coelho & Collares-Pereira, 2001.). Javljaju se različiti prirodni oblici različitih ploidija, pri čemu analiza alozima pokazuje da se oni temelje na genomima P, C i A (P = pyrenaicus, C = carolitertii A = nepoznati predak), uključujući diploide (uključujući CA, AA i PA), triploide (CAA, CCA, PAA, PPA) i tetraploide (PPAA) (Carmona et al., 1997. Alves et al., 2001.). Jedna značajna značajka ovog zanimljivog kompleksa je da se P i A genomi ciklički gube, dobivaju i zamjenjuju novim genomima. Neuobičajeno za komplekse kralježnjaka, postoji dvosmjerno kretanje gena između diploidnih i triploidnih hibrida (Alves, Coelho & Collares-Pereira, 1998.), a mužjaci su plodni i možda su započeli tetraploidizaciju kada je klonski spermij oplodio diploidno jaje. Ovaj put do tetraploidije može dovesti do nove poliploidne vrste koja se spolno razmnožava (Alves et al., 2001).

Jedna vrlo specifična skupina u kojoj poliploidija nije zabilježena su Cichlidae. Ciklide karakterizira brzo adaptivno zračenje, s oko 500 endemskih vrsta u jezeru Victoria, 700-1000 u jezeru Malawi i 250 u jezeru Tanganyika (Turner, 1997.). Ono što je posebno upečatljivo kod vrsta jezera Victoria je da su se odvojile od zajedničkog pretka u posljednjih 12 400 godina, kada se zna da je jezero bilo suho (Johnson et al., 1996.). Brojni čimbenici su predloženi kao objašnjenja za ove eksplozivne stope specijacije, uključujući ponašanje, seksualnu selekciju, morfološku plastičnost i trofičku morfologiju (Greenwood, 1991. Albertson et al., 1999. Barlow, 2000.). Očito je pitanje je li alopoliploidija bila čimbenik u adaptivnom zračenju ciklida, kao što je to bilo kod bodljikava. Međutim, čini se da se relativno malo zna o kariotipovima ovih riba i veći dio postojećeg genetskog rada usredotočen je na mitohondrijske sekvence (Farias, Ortí & Meyer, 2000.), iako postoje studije nuklearnih sekvenci (na primjer Ono et al., 1993. Farias et al., 2000.). Poliploidija se može inducirati kod ciklida hladnim i toplinskim šokovima (Chourrot & Istkovich, 1983., u Don & Avtalion, 1986., 1988. Greenwood, 1991.), a Greenwood (1991.) je sugerirao da bi hibridizacija mogla biti čimbenik u specifikaciji ciklida. Nasuprot tome, međutim, mora se odvagnuti činjenica da prirodna poliploidija nije poznata kod ciklida i da je pomno istraživanje devet vrsta iz jezera Malawi zaključilo da hibridizacija nije bila glavni čimbenik zračenja jata vrsta (Albertson et al., 1999.). Iako je poznato da ciklidi tvore hibride u divljini i akvariju, čak i između udaljenih vrsta (Elder, Garrod & Whitehead, 1971. Loiselle, 1971.), to je i dalje malo proučavano (Barlow, 2000.) i čini se da se uglavnom smatralo komplicirajući čimbenik, a ne kao proces koji doprinosi specijaciji (vidi na primjer Nagl et al., 2001.). U studiji gena II klase nuklearne glavne histokompatibilnosti (MHC), Ono et al. (1993.) pronašli su više od dvije različite sekvence kod većine pojedinaca i zaključili da su neke od tih sekvenci izvedene iz različitih lokusa (a ne udvostručavanja genoma), jer se smatra da su ciklidi diploidni (Kornfield, 1984.). Međutim, kao i kod većine multigenskih obitelji, s MHC podacima se mora postupati s oprezom jer prisutnost paralognih lokusa s relativno jakom homologijom sekvence može zakomplicirati identifikaciju alela (Thorgaard et al., 2002.). Sugestija da je alopoliploidija mogla biti uključena u speciaciju ciklida ostaje spekulativna, ali citogenetika Cichlidae, poput one Characiformesa, zahtijeva daljnje ispitivanje.


Sadržaj

Inbreeding (tj. razmnožavanje između blisko povezanih jedinki) rezultira pojavom recesivnijih osobina, budući da su genomi srodnih partnera sličniji. Recesivna svojstva mogu se pojaviti u potomstvu samo ako su prisutna u genomima oba roditelja. Što su roditelji genetski sličniji, to se recesivna svojstva češće pojavljuju u njihovom potomstvu. Posljedično, što je par za razmnožavanje bliži, to potomci mogu imati više homozigotnih, štetnih gena, što rezultira vrlo nesposobnim pojedincima. Za alele koji daju prednost u heterozigotnom i/ili homozigotno-dominantnom stanju, sposobnost homozigotno-recesivnog stanja može čak biti nula (što znači sterilno ili neodrživo potomstvo).

Primjer inbreeding depresije prikazan je desno. U ovom slučaju, a je recesivni alel koji ima negativne učinke. Kako bi se a fenotip da bi postao aktivan, gen mora završiti kao homozigot aa jer u genotipu Aa, A preuzima dominaciju nad a i a nema nikakav učinak. Zbog svoje smanjene fenotipske ekspresije i posljedične smanjene selekcije, recesivni geni su, češće nego ne, štetni fenotipovi uzrokujući da organizam manje odgovara svom prirodnom okruženju.

Drugi mehanizam odgovoran za inbreeding depresiju je prednost heterozigotnosti u fitnesu, koja je poznata kao naddominacija. To može dovesti do smanjene sposobnosti populacije s mnogo homozigotnih genotipova, čak i ako nisu štetni ili recesivni. Ovdje čak i dominantni aleli rezultiraju smanjenom kondicijom ako su prisutni homozigotno (vidi također hibridnu snagu).

Trenutno nije poznato koji je od ta dva mehanizma u prirodi zastupljeniji. Za praktične primjene, npr. u stočarstvu se smatra da je prvi značajniji – može dati potpuno neodrživo potomstvo (što znači potpuni neuspjeh u rodovnici), dok drugi može rezultirati samo relativno smanjenom kondicijom.

Prirodna selekcija ne može učinkovito ukloniti sve štetne recesivne gene iz populacije iz nekoliko razloga. Prvo, štetni geni stalno nastaju mutacijom unutar populacije. Drugo, u populaciji u kojoj se inbreeding događa često, većina potomaka će imati neke štetne osobine, tako da će malo njih biti sposobnije za preživljavanje od ostalih. Vrlo je malo vjerojatno da će različite štetne osobine jednako utjecati na reprodukciju – posebno nepovoljna recesivna osobina izražena u homozigotnoj recesivnoj jedinki vjerojatno će se eliminirati, prirodno ograničavajući ekspresiju svog fenotipa. Treće, recesivni štetni aleli bit će "maskirani" heterozigotnošću, i tako u dominantno-recesivnoj osobini, heterozigoti neće biti odabrani protiv.

Kada se recesivni štetni aleli pojave u heterozigotnom stanju, gdje je njihova potencijalno štetna ekspresija maskirana odgovarajućim alelom divljeg tipa, ovaj fenomen maskiranja naziva se komplementacija (vidi komplementacija (genetika)).

Općenito, spolna reprodukcija u eukariota ima dva temeljna aspekta: genetsku rekombinaciju tijekom mejoze i izvankrižanje. Predloženo je da ova dva aspekta imaju dvije prirodne selektivne prednosti. Predložena adaptivna prednost mejoze je da olakšava rekombinacijski popravak oštećenja DNK koja je inače teško popraviti (vidi popravak DNK kao adaptivna prednost mejoze). Predložena adaptivna prednost izvankrižanja je komplementarnost, što je maskiranje štetnih recesivnih alela [3] [4] (vidi hibridnu snagu ili heterozis). Selektivna prednost komplementarnosti može uvelike objasniti općenito izbjegavanje inbreedinga (vidi prepoznavanje srodnika).

Uvođenje alela iz različite populacije može preokrenuti inbreeding depresiju. Različite populacije iste vrste imaju različite štetne osobine, pa stoga njihovo križanje neće rezultirati homozigotnošću na većini lokusa u potomstvu. To je poznato kao poboljšanje izvanbredinga, što prakticiraju upravitelji zaštite i uzgajivači u zoološkim vrtovima kako bi spriječili homozigotnost.

Međutim, miješanje dviju različitih populacija može dovesti do neprikladnih poligenskih osobina u depresiji izvanbredinga (tj. stvaranje potomstva koje nema genetske prilagodbe specifičnim uvjetima okoliša). Oni će, dakle, imati smanjenu kondiciju od čistokrvnih pojedinaca određene podvrste koja se prilagodila svom lokalnom okruženju.

Biološki učinci inbreeding depresije kod ljudi uvelike su prikriveni socioekonomskim i kulturnim utjecajima na reproduktivno ponašanje. [5] Studije na ljudskim populacijama pokazale su da su dob u braku, trajanje braka, nepismenost, korištenje kontracepcije i reproduktivna kompenzacija glavne determinante prividne plodnosti, čak i među populacijama s visokim udjelom srodnih zajednica. [6] Međutim, nekoliko malih učinaka na povećanu smrtnost, [7] duže međuporođajne intervale [7] i smanjenu ukupnu produktivnost [5] zabilježeno je u određenim izoliranim populacijama.

Charles Darwin bio je jedan od prvih znanstvenika koji je kroz brojne eksperimente na biljkama pokazao učinke depresije u srodnom srodstvu. Darwinova supruga, Emma, ​​bila je njegova prva sestrična, i on je bio zabrinut zbog utjecaja inbreedinga na njegovih desetero djece, od kojih je troje umrlo u dobi od deset godina ili mlađe od tri, a ostali su imali dugotrajne brakove bez djece. [8] [9] [10]

Dok je otkriveno da se depresija pri inbreedingu javlja u gotovo svim dovoljno proučavanim vrstama, čini se da neke svojte, osobito neke kritosjemenjače, trpe niže troškove fitnessa od drugih u inbred populacijama. [11] Čini se da su za to odgovorna tri mehanizma: pročišćavanje, razlike u ploidnosti i selekcija za heterozigotnost. [11] Mora se upozoriti da neke studije koje ne uspijevaju pokazati odsutnost inbreeding depresije u određenim vrstama mogu proizaći iz male veličine uzorka ili gdje navodno izvanbrodna kontrolna skupina već pati od depresije u srodnom srodstvu, koja se često javlja u populacijama koje su nedavno bile podvrgnute usko grlo, poput onih kod golog krtica. [11] [12]

Odabir čišćenja Uredi

Pročišćavajuća selekcija događa se kada su fenotipovi štetnih recesivnih alela izloženi inbreedingom i stoga se mogu odabrati protiv njih. To može dovesti do uklanjanja takvih štetnih mutacija iz populacije, a pokazalo se da se brzo javljaju tamo gdje recesivni aleli imaju smrtonosni učinak. [11] Učinkovitost pročišćavanja ovisit će o odnosu između veličine štetnog učinka koji je razotkriven u homozigotima i važnosti genetskog pomaka, tako da je čišćenje slabije za nesmrtonosne nego za recesivne smrtonosne alele. [13] Za vrlo male populacije, drift ima snažan utjecaj, što može uzrokovati fiksaciju subletalnih alela pod slabom selekcijom. [11] Fiksacija jednog alela za određeni gen također može smanjiti sposobnost gdje je prethodno bila prisutna prednost heterozigota (tj. gdje heterozigotne osobe imaju veću sposobnost od homozigota bilo kojeg alela), iako se čini da ovaj fenomen obično malo doprinosi inbreeding depresija. Iako se prirodno pojavljuje, čišćenje može biti važno za preživljavanje populacije, namjerni pokušaji uklanjanja štetnih mutacija iz populacije općenito se ne preporuča kao tehnika za poboljšanje sposobnosti životinja uzgojenih u zatočeništvu. [14] [15] [16] U biljkama, genetsko opterećenje može se procijeniti putem testa analognog inbreeding testu depresije koji se naziva Autogamy test depresije.

Poliploidija Uredi

Mnoge kritosjemenjice (cvjetnice) mogu se samooploditi nekoliko generacija i malo pate od inbreeding depresije. Ovo je vrlo korisno za vrste koje se široko raspršuju i stoga se mogu naći u rastu u novom okruženju bez prisutnih konspecifikata. [11] Poliploidija (s više od dva uparena seta svakog kromosoma), koja prevladava u kritosjemenjačama, paprati i nekoliko odabranih životinjskih svojti, objašnjava to. Imajući nekoliko kopija kromosoma, za razliku od dvije, manje je vjerojatno da će se homozigotnost pojaviti kod inbred potomaka. To znači da se recesivni štetni aleli ne izražavaju tako često jer je s mnogo kopija kromosoma vjerojatnije da će barem jedan sadržavati funkcionalni alel. [11]

Odabir za heterozigotnost Uredi

Utvrđeno je i da se depresija kod inbreedinga javlja postupnije nego što je predviđeno u nekim divljim populacijama, kao što je u visoko inbred populaciji skandinavskih vukova. Čini se da je to zbog pritiska selekcije za više heterozigotnih jedinki, koje su općenito u boljem stanju i stoga je vjerojatnije da će postati jedna od rijetkih životinja koje se razmnožavaju i proizvode potomstvo. [17]


Specifikacija

Biološka definicija vrste, koja radi za organizme koji se spolno razmnožavaju, je skupina jedinki koje se stvarno ili potencijalno križaju. Prema ovoj definiciji, jedna se vrsta razlikuje od druge po mogućnosti parenja između jedinki svake vrste kako bi se dobilo plodno potomstvo. Postoje iznimke od ovog pravila. Mnoge vrste su dovoljno slične da su hibridni potomci mogući i često se mogu pojaviti u prirodi, ali za većinu vrsta ovo pravilo općenito vrijedi. Zapravo, prisutnost hibrida između sličnih vrsta sugerira da su možda potjecali od jedne vrste koja se križa i da proces specijacije možda još nije dovršen.

S obzirom na izuzetnu raznolikost života na planeti, moraju postojati mehanizmi za specijacija: formiranje dviju vrsta iz jedne izvorne vrste. Darwin je zamišljao ovaj proces kao događaj grananja i dijagramirao je proces u jedinoj ilustraciji koja se nalazi u Na Porijeklo vrsta ([veza]a). Da bi došlo do specijacije, iz jedne izvorne populacije moraju se formirati dvije nove populacije, koje se moraju razviti na takav način da postane nemoguće da se jedinke iz dvije nove populacije križaju. Biolozi su predložili mehanizme pomoću kojih bi se to moglo dogoditi koji spadaju u dvije široke kategorije. Alopatrijska specijacija, što znači specijacija u "drugim domovinama", uključuje geografsko odvajanje populacija od roditeljske vrste i kasniju evoluciju. Simpatrijska specijacija, što znači specijacija u "istoj domovini", uključuje specijaciju koja se događa unutar roditeljske vrste dok ostaje na jednom mjestu.

Biolozi o događajima specijacije razmišljaju kao o cijepanju jedne vrste predaka na dvije vrste potomaka. Nema razloga zašto ne bi moglo postojati više od dvije vrste koje se formiraju u isto vrijeme, osim što je to manje vjerojatno, a takvi se višestruki događaji također mogu konceptualizirati kao pojedinačna cijepanja koja se događaju blisko u vremenu.

Specijacija kroz geografsko razdvajanje

Geografski kontinuirana populacija ima genetski fond koji je relativno homogen. Protok gena, kretanje alela kroz raspon vrste, relativno je slobodan jer se jedinke mogu kretati, a zatim se pariti s jedinkama na svom novom mjestu. Stoga će frekvencija alela na jednom kraju distribucije biti slična učestalosti alela na drugom kraju. Kada populacije postanu geografski diskontinuirane, spriječen je slobodan protok alela. Kada to razdvajanje traje neko vremensko razdoblje, dvije populacije mogu se razvijati različitim putanjama.Stoga se njihove frekvencije alela na brojnim genetskim lokusima postupno sve više razlikuju kako novi aleli samostalno nastaju mutacijom u svakoj populaciji. Uobičajeno je da će se okolišni uvjeti, kao što su klima, resursi, grabežljivci i konkurenti, za dvije populacije razlikovati zbog čega prirodna selekcija favorizira različite prilagodbe u svakoj skupini. Različite povijesti genetskog pomaka, pojačane jer su populacije manje od matične populacije, također će dovesti do divergencije.

S obzirom na dovoljno vremena, genetska i fenotipska divergencija između populacija vjerojatno će utjecati na karaktere koji utječu na reprodukciju dovoljno da su jedinke dviju populacija spojene, parenje bi bilo manje vjerojatno, ili ako bi došlo do parenja, potomstvo bi bilo neodrživo ili neplodno. Mnoge vrste divergentnih karaktera mogu utjecati na reproduktivnu izolaciju (nemogućnost križanja) dviju populacija. Ovi mehanizmi reproduktivne izolacije mogu se podijeliti na prezigotske mehanizme (one koji djeluju prije oplodnje) i postzigotske mehanizme (one koji djeluju nakon oplodnje). Prezigotski mehanizmi uključuju osobine koje omogućuju jedinkama da pronađu jedni druge, kao što je vrijeme parenja, osjetljivost na feromone ili izbor mjesta parenja. Ako se pojedinci mogu susresti, razlika u karakteru može spriječiti rituale udvaranja da dovedu do parenja jer su se promijenile ženske preferencije ili se promijenilo ponašanje muškaraca. Fiziološke promjene mogu ometati uspješnu oplodnju ako se može dogoditi parenje. Postzigotski mehanizmi uključuju genetske nekompatibilnosti koje sprječavaju pravilan razvoj potomstva, ili ako potomci žive, možda neće moći sami proizvesti održive gamete kao u primjeru mazge, neplodnog potomstva ženke konja i muškog magarca.

Ako se dvije izolirane populacije ponovno spoje i hibridni potomci nastali parenjem između jedinki dviju populacija imaju niže preživljavanje ili smanjenu plodnost, tada će selekcija favorizirati jedinke koje su u stanju razlikovati potencijalne parove svoje vlastite populacije i druge populacija. Ovaj odabir će poboljšati reproduktivnu izolaciju.

Izolacija populacija koja vodi alopatrijskoj specijaciji može se dogoditi na različite načine: od rijeke koja stvara novi ogranak, erozije koja stvara novu dolinu ili grupe organizama koji putuju na novo mjesto bez mogućnosti povratka, kao što je sjeme koje pluta iznad od oceana do otoka. Priroda geografskog odvajanja potrebnog za izolaciju populacija u potpunosti ovisi o biologiji organizma i njegovom potencijalu za rasipanje. Kad bi se dvije populacije letećih kukaca naselile u odvojenim obližnjim dolinama, velike su šanse da bi pojedinci iz svake populacije letjeli naprijed-natrag, nastavljajući protok gena. Međutim, ako se dvije populacije glodavaca podijele stvaranjem novog jezera, nastavak protoka gena ne bi bio vjerojatan, stoga bi specijacija bila vjerojatnija.

Biolozi alopatrijske procese svrstavaju u dvije kategorije. Ako se nekoliko pripadnika vrste preseli na novo zemljopisno područje, to se zove raspršivanje. Ako se pojavi prirodna situacija za fizičku podjelu organizama, to se zove namjesništvo.

Znanstvenici su dokumentirali brojne slučajeve alopatrijske specijacije. Na primjer, uz zapadnu obalu Sjedinjenih Država, postoje dvije odvojene podvrste pjegavih sova. Sjeverna pjegava sova ima genetske i fenotipske razlike od svog bliskog srodnika, meksičke pjegave sove, koja živi na jugu ([link]). Uzrok njihovog početnog razdvajanja nije jasan, ali je mogao biti uzrokovan glečerima ledenog doba koji su početnu populaciju podijelili na dvoje. 1

Osim toga, znanstvenici su otkrili da što je veća udaljenost između dvije skupine koje su nekada bile iste vrste, to je vjerojatnije da će doći do specijacije. To se čini logičnim jer kako se udaljenost povećava, različiti čimbenici okoliša vjerojatno bi imali manje zajedničkog od lokacija u neposrednoj blizini. Uzmite u obzir dvije sove na sjeveru, klima je hladnija nego na jugu, ostale vrste organizama u svakom ekosustavu se razlikuju, kao i njihovo ponašanje i navike, lovne navike i izbor plijena sova na jugu razlikuju se od sjevernih one. Ove varijance mogu dovesti do evoluiranih razlika u sovama, a tijekom vremena vjerojatno će doći do specijacije osim ako se ne obnovi protok gena između populacija.

U nekim slučajevima, populacija jedne vrste raspršuje se po cijelom području, a svaka nalazi posebnu nišu ili izolirano stanište. Tijekom vremena, različiti zahtjevi njihovih novih životnih stilova dovode do višestrukih speciacijskih događaja koji potječu od jedne vrste, tzv. adaptivno zračenje. S jedne točke podrijetla, mnoge prilagodbe se razvijaju uzrokujući da vrsta zrači u nekoliko novih. Otočni arhipelagi poput Havajskih otoka pružaju idealan kontekst za događaje adaptivnog zračenja jer voda okružuje svaki otok, što dovodi do geografske izolacije mnogih organizama ([link]). Havajski medonosni puzavac ilustrira jedan primjer adaptivnog zračenja. Od jedne vrste, nazvane vrsta osnivača, razvile su se brojne vrste, uključujući osam prikazanih u [link].

Obratite pažnju na razlike u kljunovima vrste u [link]. Promjena genetske varijacije za kljunove kao odgovor na prirodnu selekciju na temelju specifičnih izvora hrane u svakom novom staništu dovela je do evolucije različitog kljuna prilagođenog specifičnom izvoru hrane. Ptice koje jedu voće i sjemenke imaju deblje i jače kljunove koji su prikladni za lomljenje tvrdih orašastih plodova. Ptice koje jedu nektar imaju duge kljunove za uranjanje u cvijeće kako bi došle do svog nektara. Ptice koje jedu kukce imaju kljunove poput mačeva, prikladne za ubadanje i nabijanje insekata. Darwinove zebe su još jedan dobro proučavan primjer adaptivnog zračenja na arhipelagu.

Kliknite ovu interaktivnu stranicu da biste vidjeli kako su otočne ptice evoluirale. Kliknite da biste vidjeli slike svake vrste u evolucijskim koracima od prije pet milijuna godina do danas.

Specijacija bez zemljopisnog odvajanja

Može li do divergencije doći ako nema fizičkih prepreka za razdvajanje jedinki koje nastavljaju živjeti i razmnožavati se u istom staništu? Predloženo je i proučavano više mehanizama za simpatrijsku specijaciju.

Jedan oblik simpatrijske specijacije može započeti kromosomskom greškom tijekom mejoze ili formiranjem hibridne jedinke s previše kromosoma. Poliploidija je stanje u kojem stanica ili organizam ima dodatni skup ili skupove kromosoma. Znanstvenici su identificirali dvije glavne vrste poliploidije koje mogu dovesti do reproduktivne izolacije pojedinca u poliploidnom stanju. U nekim slučajevima poliploidna osoba će imati dva ili više kompletnih seta kromosoma iz svoje vrste u stanju koje se naziva autopoliploidija ([link]). Prefiks "auto" znači ja, tako da izraz znači više kromosoma iz vlastite vrste. Poliploidija je posljedica greške u mejozi u kojoj se svi kromosomi kreću u jednu stanicu umjesto da se odvajaju.

Na primjer, ako biljna vrsta s 2n = 6 proizvodi autopoliploidne gamete koje su također diploidne (2n = 6, kada bi trebali biti n = 3), gamete sada imaju dvostruko više kromosoma nego što bi trebale imati. Ove nove gamete neće biti kompatibilne s normalnim spolnim stanicama koje proizvodi ova biljna vrsta. Ali mogu se ili samooprašiti ili razmnožavati s drugim autopoliploidnim biljkama s gametama koje imaju isti diploidni broj. Na taj način, simpatrijska specijacija se može brzo dogoditi formiranjem potomstva s 4n naziva tetraploid. Te bi se jedinke odmah mogle razmnožavati samo s onima ove nove vrste, a ne s onima iz vrste predaka. Drugi oblik poliploidije javlja se kada se jedinke dviju različitih vrsta razmnožavaju kako bi formirale održivo potomstvo koje se naziva alopoliploid. Prefiks “allo” znači “drugo” (podsjećanje iz alopatrijskog), dakle, alopoliploid nastaje kada se gamete iz dvije različite vrste kombiniraju. [link] ilustrira jedan mogući način na koji se alopoliploidija može formirati. Primijetite kako su potrebne dvije generacije, ili dva reproduktivna čina, prije nego što nastane održivi plodni hibrid.

Kultivirani oblici pšenice, pamuka i duhana su svi alopoliploidi. Iako se poliploidija povremeno javlja kod životinja, većina kromosomskih abnormalnosti kod životinja je smrtonosna, najčešće se događa u biljkama. Znanstvenici su otkrili da se više od 1/2 svih proučavanih biljnih vrsta odnosi na vrstu koja je evoluirala poliploidijom.

Simpatrijska specijacija se također može odvijati na druge načine osim poliploidije. Na primjer, zamislite vrstu ribe koja je živjela u jezeru. Kako je stanovništvo raslo, rasla je i konkurencija za hranu. Pod pritiskom da pronađe hranu, pretpostavimo da je skupina ovih riba imala genetsku fleksibilnost da otkrije i hrani se drugim resursom koji druge ribe nisu koristile. Što ako je ovaj novi izvor hrane pronađen na drugoj dubini jezera? S vremenom bi oni koji su se hranili drugim izvorom hrane više komunicirali jedni s drugima nego druge ribe, pa bi se i razmnožavali zajedno. Potomci ovih riba vjerojatno će se ponašati kao njihovi roditelji te se hraniti i živjeti u istom području, držeći ih odvojenima od izvorne populacije. Ako bi ova skupina riba nastavila ostati odvojena od prve populacije, na kraju bi se mogla pojaviti simpatrična specijacija jer se među njima nakupilo više genetskih razlika.

Ovaj scenarij se događa u prirodi, kao i drugi koji dovode do reproduktivne izolacije. Jedno od takvih mjesta je jezero Victoria u Africi, poznato po svojoj simpatričnoj speciaciji riba ciklida. Istraživači su pronašli stotine simpatričnih događaja specijacije u ovim ribama, koji su se dogodili ne samo u velikom broju, već iu kratkom vremenskom razdoblju. [link] prikazuje ovu vrstu specijacije među populacijom riba ciklida u Nikaragvi. U ovom području dvije vrste ciklida žive na istom zemljopisnom mjestu, međutim, postale su različite morfologije koje im omogućuju da jedu različite izvore hrane.

Konačno, dobro dokumentiran primjer stalne simpatrijske specijacije dogodio se kod muhe crve jabuke, Rhagoletis pomonella, koja je nastala kao izolirana populacija negdje nakon unošenja jabuke u Sjevernu Ameriku. Domaća populacija muha hranila se vrstama gloga i specifična je za domaćina: napada samo stabla gloga. Ono što je važno, također koristi drveće kao mjesto za sastajanje za parenje. Pretpostavlja se da su, bilo zbog mutacije ili pogreške u ponašanju, muhe preskočile domaćine te su se susrele i parile u stablima jabuke, a potom polagale jaja u plodu jabuke. Potomstvo je sazrijelo i zadržalo svoju sklonost prema stablima jabuka učinkovito dijeleći izvornu populaciju u dvije nove populacije odvojene prema vrstama domaćinima, a ne zemljopisom. Skok domaćina dogodio se u devetnaestom stoljeću, ali sada postoje mjerljive razlike između dvije populacije muha. Čini se vjerojatnim da je specifičnost domaćina parazita općenito čest uzrok simpatrijske specijacije.

Sažetak odjeljka

Specijacija se odvija na dva glavna puta: geografsko razdvajanje (alopatrijska specijacija) i kroz mehanizme koji se javljaju unutar zajedničkog staništa (simpatična specijacija). Oba puta potiču reproduktivnu izolaciju među populacijama. Simpatrijska specijacija može se dogoditi kroz greške u mejozi koje formiraju gamete s dodatnim kromosomima, što se naziva poliploidija. Autopoliploidija se javlja unutar jedne vrste, dok se alopoliploidija javlja zbog parenja između blisko povezanih vrsta. Jednom kada se populacije izoliraju, može doći do evolucijske divergencije koja vodi do evolucije reproduktivnih izolacijskih osobina koje sprječavaju križanje ako se dvije populacije ponovno spoje. Očekuje se da će smanjena održivost hibridnog potomstva nakon razdoblja izolacije odabrati jače inherentne mehanizme izolacije.