怀孕的 1 亿年秘密
由维也纳大学科学家领导的一个国际研究小组发现了关于母亲和胎儿之间界面的特殊细胞类型和通信网络如何在数百万年中进化的新见解。 这些发现揭示了大自然最引人注目的创新之一 - 维持成功怀孕的能力。 这些发现刚刚在Nature Ecology & Evolution上发表。 妊娠持续时间足以支持整个胎儿发育是胎盘哺乳动物的标志性进化突破 - 一个包括人类的群体。 其中心是胎儿-母体界面：婴儿胎盘与母亲子宫相遇的子宫在子宫内的位置，两个基因不同的生物体——母亲和胎儿——在这里亲密接触和不断互动。 这个界面必须取得微妙的平衡：足够亲密以交换营养和信号，但又足够受到保护以防止母体免疫系统拒绝基因上“外来”胎儿。 为了揭示这种复杂结构背后的起源和机制，该团队分析了代表哺乳动物进化树关键分支的六种哺乳动物物种的单细胞转录组——单个细胞中活性基因的快照。 这些包括小鼠和豚鼠（啮齿动物）、猕猴和人类（灵长类动物），以及两种更不寻常的哺乳动物：tenrec（一种早期胎盘哺乳动物）和负鼠（一种有袋动物在进化出复杂的胎盘之前，它们从胎盘哺乳动物中分离出来）。 A 细胞“哺乳动物妊娠图谱” 通过分析胎儿-母体界面的细胞，研究人员能够追踪所涉及的关键细胞类型的进化起源和多样化。 他们关注两个主要参与者：胎盘细胞，起源于胎儿并侵入母体组织，子宫基质细胞，起源于母体并对这种侵袭做出反应。 使用分子生物学工具中，该团队确定了不同的遗传特征 - 特定细胞类型及其特殊功能所特有的基因活动模式。 值得注意的是，他们发现了一种与胎儿胎盘细胞的侵袭行为相关的遗传特征，该特征在哺乳动物中已经保存了 1 亿多年。 这一发现挑战了侵袭性胎盘细胞是人类独有的传统观点，并揭示了它们是哺乳动物进化。 在此期间，母细胞也不是静止的。 胎盘哺乳动物（而不是有袋动物）被发现获得了新形式的激素产生，这是延长妊娠和复杂妊娠的关键一步，也是胎儿和母亲可能相互推动进化的迹象。 细胞对话：合作与冲突之间 为了更好地了解胎儿-母体界面的功能，该研究测试了两个有影响力的人关于母亲和胎儿之间细胞通讯进化的理论。 第一个，“消歧义假说”，预测随着时间的推移，荷尔蒙信号被明确分配给胎儿或母亲——这是确保清晰度和防止纵的可能保障措施。 结果证实了这一想法：某些信号，包括 WNT 蛋白、免疫调节剂和类固醇激素，可以清楚地追溯到一个源组织。 第二个，即“升级假说”（或“基因组冲突”）表明母体和胎儿基因之间存在进化军备竞赛——例如，胎儿促进生长信号，而母体一方试图抑制它们。 在少数基因中观察到这种模式，尤其是调节生长的 IGF2。 总的来说，有证据表明微调了合作信号。 “这些发现表明，进化可能比以前更有利于母亲和胎儿之间的协调假设的，“Daniel J. 说。 Stadtmauer 是该研究的主要作者，现在是维也纳大学进化生物学系的研究员。 “所谓的母胎权力斗争似乎仅限于特定的遗传区域。 与其问怀孕作为一个整体是冲突还是合作，一个更有用的问题可能是：冲突在哪里？ 单细胞分析：进化发现的关键 该团队的发现是通过结合两个强大的工具：单细胞转录组学（捕获单个细胞中基因的活性）和进化建模技术，帮助科学家重建性状在早已灭绝的祖先中可能是什么样子。 通过将这些方法应用于细胞类型及其基因活动，研究人员可以模拟不同物种中的细胞如何交流，甚至可以瞥见这种对话在数百万年中是如何进化的。 “我们的方法为发展打开了一扇新窗口复杂的生物系统 - 从单个细胞到整个组织，“维也纳大学的共同第一作者兼研究员 Silvia Basanta 说。 该研究不仅揭示了怀孕是如何演变的，而且还为在细胞水平上跟踪进化创新提供了一个新框架——这些见解有朝一日可能会改善我们对妊娠相关并发症的理解、诊断或治疗方式。 该研究是在 Mihaela Pavličev 系的实验室进行的维也纳大学进化生物学和耶鲁大学的 Günter Wagner。 瓦格纳是耶鲁大学名誉教授和维也纳大学高级研究员。 该研究得到了约翰邓普顿基金会和奥地利科学基金会 （FWF） 的支持。