Живорождение у рыб семейства игловых уникально тем, что мальков вынашивает самец, а не самка. Авторы статьи в Nature Ecology & Evolution описали клеточные механизмы развития выводковой сумки. Для морских коньков характерна уникальная foxp3-независимая система регуляции иммунной реакции при «беременности». Авторы также выявили общую для нескольких видов экспрессию специфичных лектинов. Это поддерживает теорию, согласно которой эволюция выводковой сумки началась с налипания икры на кожу самцов.
Credit:
123rf.com
Живорождение эволюционировало из яйцерождения независимо более 150 раз у позвоночных. Среди них резко выделяются рыбы из семейства игловых, включающего морских коньков и морские иглы. Это единственная группа позвоночных, у которых мальков вынашивает самец, а не самка. Таким образом, игловые представляют собой уникальную модель для изучения эволюции живорождения. В новой статье, опубликованной в Nature Ecology & Evolution, описываются молекулярные и клеточные механизмы «беременности» морских коньков, демонстрирующих как сходства с млекопитающими, так и уникальные особенности.
У самцов морских коньков формируется так называемая выводковая сумка, морфологически сходная с аналогом у сумчатых, а функционально — с маткой и плацентой млекопитающих. У разных видов существуют открытые, полузакрытые и закрытые сумки, отражающие эволюционные стадии усложнения строения.
Авторы провели секвенирование РНК 79 267 отдельных клеток выводковой сумки морского конька Hippocampus erectus на семи стадиях «беременности». Анализ выявил четыре основных клеточных типа: эпителиальные клетки (EPC, девять кластеров), фибробласты (FB, два кластера), иммунные клетки (IC, два кластера) и эндотелиальные клетки (ENC, один кластер). Клетки кластера EPC-I, активно экспрессирующие кератин 8 (krt8), оказались наиболее многочисленны на ранних стадиях. Их роль в регенерации и дифференциации тканей позволяет предположить, что этот кластер участвует в перестройках тканей во время формирования сумки.
Непосредственно в ходе вынашивания в полностью сформированной сумке повышалось число EPC-III клеток, экспрессирующих tfa. Эти клетки кодируют ключевые транспортные белки, задействованные в развитии эмбриона. Еще один кластер эпителиальных клеток — EPC-IV, экспрессирующий gata1, предположительно, задействован в активной васкуляризации сумки.
Анализ клеточных линий показал последовательное развитие от EPC-I к EPC-II и EPC-III. При этом авторы выявили субпопуляцию EPC-I, экспрессирующую связанные с дифференцировкой гены (krt8, tp63, wnt9b), инициализирующую такие перестройки. Эту субпопуляцию обозначили как клетки-предшественники эпителия выводковой сумки (brood-pouch epithelial progenitor cells, BEPC). Изучение клеточных взаимодействий показало их тесную связь с кластером FB-I. Примечательно, что эти фибробласты активно экспрессируют рецепторы мужских половых гормонов (андрогенов), указывая на андрогенную регулировку формирования сумки. РНК-секвенирование клеток кожи самок выявило те же клеточные кластеры, что и у самцов. Более того, введение самкам андрогенов провоцировало развитие выводковой сумки, подтверждая их регуляторную роль.
У морских коньков был потерян ген foxp3 — ключевой фактор формирования регуляторных Т-клеток, задействованный, в том числе, в подавлении иммунного ответа на эмбрион. Исследование показало, что иммунные клетки в выводковой сумке демонстрируют дифференциальную экспрессию ряда генов, регулирующих иммунный ответ (cd8a, mhc1zka, il10ra, tgfb1 и другие), что указывает на существование у морских коньков foxp3-независимой системы защиты эмбриона от иммунной реакции.
Сравнение клеточных атласов H. erectus с морскими иглами Syngnathus schlegeli и Hippichthys heptagonus показало, что транскриптомы эпителиальных клеток очень схожи. В том числе у всех трех видов наблюдалась экспрессия уникальных для игловых лектинов c-типа. Лектины участвуют в агглютинации и адгезии, и это соотносится с теорией, согласно которой эволюция выводковых сумок началась с налипания икры на кожу самцов.
Наконец, сравнение транскриптомных профилей морского конька с человеческими и мышиными выявило как ряд сходств у эндотелиальных, иммунных и клеток гладкой мускулатуры, указывая на конвергентную эволюцию плацентоподобных систем, так и ряд уникальных для морских коньков генов.
Источник
Li Y, et al. Cellular and molecular mechanisms of seahorse male pregnancy // Nat Ecol Evol, published November 11, 2026, DOI: 10.1038/s41559-025-02883-5