Моноаминергическая система в жгутиковых клетках древних многоклеточных животных на примере губок (тип Porifera) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Соколова Агния Михайловна

• Соколова Агния Михайловна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Соколова Агния Михайловна

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Общие сведения о функционировании и эволюции межклеточной коммуникации

2.2. Моноамины

2.2.1. Моноамины в эволюции животных

2.2.2. Синтез моноаминов серотонина и дофамина

2.2.3. Распространение моноаминов в природе

2.2.4. Моноаминилирование - посттрансляционная модификация белков

2.3. Жгутиковые клетки

2.4. Регуляция ресничной активности со стороны моноаминов

2.5. Губки как представители древнейших организмов

2.6. Микробиом как важный фактор развития систем клеточной коммуникации

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

3.1 Биоинформатический анализ

3.1.1. Геномный анализ

3.1.2. Филогенетический анализ

3.2. Сбор материала

3.3. Высокоэффективная жидкостная хроматография

3.4. Иммунофлуоресцентное маркирование

3.5. Электронная микроскопия

3.6. Фармакологические эксперименты

3.7. Подсчёт яркостей и статистическая обработка числовых значений

3.8. Функциональные эксперименты

4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

4.1. Биоинформатический анализ

4.1.1. Геномный анализ

4.1.2. Анализ филогенетических взаимоотношений объектов исследования

4.2. Хроматографический анализ

4.3. Иммунофлуоресцентное маркирование

4.3.1. Маркирование хоаноцитов

4.3.2. Маркирование личинок

4.4 Ультраструктурный анализ

4.5 Функциональные эксперименты

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

6. ВЫВОДЫ

7. БЛАГОДАРНОСТИ

8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моноаминергическая система в жгутиковых клетках древних многоклеточных животных на примере губок (тип Porifera)»

1. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и современное состояние проблемы. Жгутик эукариотических клеток - важнейшее эволюционное приобретение, позволившее древним организмам освоить новые экологические ниши и дать начало многообразию жизненных форм, окружающих нас сегодня. Жгутиковые клетки современных эукариот выполняют массу функций: локомоторную (например, у ресничных личинок и в гаметах), транспортную (в маточных трубах млекопитающих), пищедобывательную (у губок, двустворчатых моллюсков), регуляторную (у зародышей позвоночных), сенсорную (в органах чувств), очистительную (в лёгких позвоночных), прикрепительную (у кинетопластид). Жгутики обладают автономной активностью, но амплитуда и частота их биения подвержены регулированию различными нейроактивными веществами [Marinkovic et al., 2019). Среди молекул, способных влиять на функциональную активность жгутиков, особое место занимают моноамины [Katow, et al., 2010).

До недавнего времени считалось, что моноамины (серотонин, мелатонин, гистамин и катехоламины) действуют исключительно снаружи клетки, активируя мембранные рецепторы, и все последующие изменения происходят при активации соответствующих внутриклеточных путей (Са2+, цАМФ). Однако последние исследования показали, что моноамины могут действовать посредством ковалентного связывания с эффекторными белками внутри клетки [Bader, 2019] и даже вносить вклад в экспрессию генов посредством посттрансляционных модификаций гистонов [Farrelly et al., 2019]. В свете этого факта интерес представляет исследование способности моноаминов к регулированию активности жгутиковых клеток у тех животных, которые не имеют моноаминовых рецепторов, т. е. у пластинчатых (тип Placozoa) и губок (тип Porifera).

Губки - живые свидетели ранней эволюции Metazoa. Всё больше учёных посвящают своё внимание необычной биологии этих древних животных в попытке

различить черты предковых форм. Геномные и транскриптомные исследования показали, что биохимический инструментарий, необходимый для метаболизма моноаминов, у губок представлен не полностью, а рецепторы к моноаминам вовсе отсутствуют [Riesgo et al., 2014]. С одной стороны, это неудивительно, учитывая отсутствие у губок оформленной нервной системы. Однако, моноамины и/или ферменты их метаболизма известны не только у Metazoa, но и у прокариот, протистов, низших и высших растений, поэтому наличие или отсутствие их у губок нуждается в специальном анализе.

Мы предположили, что моноамины могут играть особую роль в жгутиковых клетках губок. Предпосылками для такого предположения послужили выполненные в нашей лаборатории работы по изучению моноаминов у личинок морских ежей [Obukhova et al., 2014]. Их результаты показали, что на донервных стадиях развития подвижные бластулы используют моноамины при регуляции роста локомоторных ресничек и соответствующего паттерна плавания. При этом наблюдаемые эффекты обусловлены не рецепторным механизмом действия, а посттрансляционной модификацией определённых белков, концентрирующихся в основании жгутика. Отсутствие у выбранных нами модельных объектов - губок -мембранных рецепторов к моноаминам делает их уникальной моделью для исследования именно неклассических, не опосредованных рецепторами механизмов действия серотонина и дофамина.

Целью нашего исследования было выявление компонентов моноаминергической системы у губок на разных стадиях развития, а также анализ роли дофамина/серотонина в функциональной активности воротничковых жгутиковых клеток.

Для достижения заявленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Используя имеющиеся в свободном доступе базы данных, провести

биоинформатический анализ системы синтеза и захвата серотонина и

5

дофамина, а также оценить возможность трансамидирования (моноаминилирования) у модельной губки Ephydatia muelleri;

2. Выявить наличие/отсутствие моноаминов (серотонина и дофамина), а также их метаболитов в тканях ряда морских и пресноводных губок;

3. Установить локализацию выявленных моноаминов методами иммунофлуоресцентного маркирования.

4. Провести тонкий морфологический анализ соответствующих участков клеток/тканей губок, оценить разнообразие организации этих участков на разных стадиях развития и в разных таксономических группах.

5. Экспериментально показать способность модельных губок к синтезу и транспорту моноаминов (серотонина/дофамина).

6. Определить влияние повышения внутриклеточного уровня моноаминов (серотонина/дофамина) на активность жгутиковых клеток (хоаноцитов) модельных губок.

Научная новизна исследования. В ходе выполнения данной работы впервые был проведён комплексный анализ моноаминергической системы губок, с последующим обобщением собственных и литературных данных. Проанализирован генетический инструментарий метаболического пути моноаминов губок, причём впервые показана возможность посттрансляционной модификации белков посредством ковалентного связывания с моноаминами (моноаминилирования), осуществляемого специфическим ферментом трансглутаминазой. Впервые показано непосредственное присутствие в тканях губок дофамина и ряда его метаболитов, а также серотонина. Выявлены места локализации моноамин-позитивных элементов, впервые детально исследовано их соотношение с внутриклеточными структурами. Успешно применена фармакологическая методика повышения внутриклеточного уровня дофамина. Разработана и успешно применена методика in vivo регистрации активности хоаноцитов губок.

Практическая и теоретическая значимость. Объекты исследования, губки, впервые рассматриваются в качестве уникальной модели для изучения внутриклеточной роли моноаминов. Эта модель открывает возможности для изучения неканонических метаболических путей моноаминов, поскольку полностью исключает рецепторный механизм действия этих веществ. Базальное положение губок на филогенетическом дереве Metazoa подразумевает глубокие эволюционные корни регуляторных процессов, основанных на внутриклеточном действии веществ, известных нам как нейроактивные. Исследования этих процессов будут полезны для реконструирования путей эволюции нервной системы на самых ранних этапах. В работе представлены методические и практические рекомендации по in vivo регистрации активности моноцилиарных клеток - хоаноцитов. Данные о влиянии внутриклеточных моноаминов на активность жгутиковых клеток древних многоклеточных могут быть использованы в учебном процессе при подготовке курсов по сравнительной физиологии и эволюционной биологии развития (Evo-Devo). Дальнейшая разработка данной тематики позволит приблизиться к осознанию фундаментальных механизмов, лежащих в основе развитии патологий, связанных с нарушением формирования и функционирования жгутиковой клетки у позвоночных животных, включая человека.

Методология исследования. Взрослые губки и их личинки были собраны в

естественных континентальных и морских водоёмах. Геммулы пресноводных

губок отбирались в зимний период, после чего были пророщены в лабораторных

условиях до полноценных ювенильных особей. Исследования морфологии

личиночных клеток и хоаноцитов проводили с использованием возможностей

современной электронной микроскопии: сканирующей (СЭМ), трансмиссионной

(ТЭМ), конфокальной сканирующей лазерной (КЛСМ). Биоинформатический

анализ был проведен с привлечением открытых баз данных (NCBI, Kegg,

Ephybase). Хроматографический анализ был проведен с помощью методов

высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Функциональные

эксперименты были основаны на анализе эффективности поглощения хоаноцитами

7

флуоресцентных гранул после модуляции уровня внутриклеточного дофамина. Для обработки изображений были использованы программы обработки изображения Zeiss и ImageJ, для статистической обработки и построения графиков - GraphPad Prism.

Положения, выносимые на защиту:

1. У представителей типа Porifera имеется генетический аппарат, способный обеспечивать метаболизм моноаминов. Отсутствие ключевых компонентов цепи синтеза моноаминов предполагает возможность неклассических путей метаболизма.

2. Моноамины (дофамин и серотонин) и их метаболиты обнаруживаются в тканях пресноводных и морских губок. У пресноводных модельных видов преобладают предшественники дофамина - тирозин и л-дофа, а также встречается сам дофамин.

3. Дофамин и серотонин визуализируются в жгутиковых клетках модельных видов губок. Дофамин-иммунопозитивная метка обнаруживается в ассоциации с конкретными внутриклеточными структурами: аппаратом Гольджи и микровиллями воротничка хоаноцитов.

4. Комплекс органелл, ассоциированных со жгутиком, существенно различается по организации как у губок из разных филогенетических групп, так и на разных стадиях жизненного цикла одного вида, а также в разных типах клеток личинки.

5. При повышении уровня внутриклеточного дофамина у ювенильных пресноводных губок увеличивается способность захватывать пищевые частицы.

Степень достоверности полученных результатов и апробация работы.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием современных методов и сертифицированного оборудования. Все эксперименты проводились с надлежащим количеством повторов, подтверждающим воспроизводимость результатов. В экспериментах соблюдался необходимый для корректной

статистической обработки объём выборки. Данные, полученные в экспериментах, обрабатывали с использованием подходящих статистических методов.

Результаты работы были представлены на российских и международных конференциях: XVIII Конференция-школа с международным участием «Актуальные проблемы биологии развития», 2019; Society for Developmental Biology 78th Annual Meeting, 2020; Society for Integrative and Comparative Biology (SICB) Virtual Annual Meeting, 2021. По материалам диссертации подготовлены 11 печатных работ, из них 7 опубликованы в рецензируемых научных изданиях, соответствующих Перечню ВАК.

Публикации в изданиях, входящих в Перечень ВАК:

1. Sokolova, A.M., Voronezhskaya, E.E. (2021). Dopamine-like immunoreactivity in sponge larvae. Invertebrate Zoology, 18(3), 345-354. doi: 10.15298/ invertzool.18.3.08.

2. Pozdnyakov, I.R., Sokolova, A.M., Karpov, S.A., Ruiz, C., Perez, Th., Ereskovsky, A.V. (2021). Morphological variability of choanocyte kinetids supports a novel systematic division within Oscarellidae (Porifera, Homoscleromorpha). Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, 59, 31-43. doi: 10.1111/jzs.12417.

3. Sokolova, A.M., Pozdnyakov, I.R., Schepetov, D.M., Ereskovsky, A.V., Karpov, S.A. (2020). Kinetid in larval cells of Spongillida (Porifera: Demospongiae): tracing the ancestral traits. Organisms Diversity & Evolution, 20, 669-680. doi: 0.1007/s13127-020-00460-1.

4. Sokolova, A.M., Palatov, D.M., Itskovich, V.B. (2020). Genetic analysis confirms the freshwater origin of the endemic Caspian sponges (Demospongiae, Spongillida, Metschnikowiidae). ZooKeys, 915, 1-16. doi:10.3897/zookeys.915.47460.

5. Pozdnyakov, I.R., Sokolova, A.M. [equal contribution], Ereskovsky, A.V., Karpov, S.A. (2020). The kinetid structure of two oscarellid sponges (Class Homoscleromorpha) unveils plesiomorphies in kinetids of Homoscleromorpha-Calcarea lineage. Invertebrate Biology, 139, e12299. doi: 10.1111/ivb.12299.

6. Sokolova, A.M., Pozdnyakov, I.R., Ereskovsky, A.V., Karpov, S.A. (2019). Kinetid structure in larval and adult stages of the demosponges Haliclona aquaeductus

9

(Haplosclerida) and Halichondria panicea (Suberitida). Zoomorphology, 138, 171-184. doi: 10.1007/s00435-019-00437-5.

7. Pozdnyakov, I.R., Sokolova, A.M., Ereskovsky, A.V., Karpov, S.A. (2018). Kinetid structure in sponge choanocytes of Spongillida in the light of evolutionary relationships within Demospongiae. Zoological Journal of the Linnean Society, 184, 255272. doi: 10.1093/zoolinnean/zlx109.

В иных изданиях:

1. Соколова, А.М., Воронежская, Е.Е. (2019). Первые свидетельства наличия моноамин-содержащих структур в хоаноцитах губок (Porifera). Материалы XVIII Конференции-школы с международным участием «Актуальные проблемы биологии развития», 89-90.

2. Itskovich, V.B., Sokolova, A.M., Kaluzhnaya, O., Yakhnenko, A.S., Selvin, J. (2020). Study of variability of ITS1 and ITS2 spacers of rDNA of freshwater sponges (Porifera, Spongillida). Limnology and Freshwater Biology, 4, 785-786. doi: 10.31951/2658-3518-2020-A-4-785.

3. Sokolova, A.M., Voronezhskaya, E.E. (2020). Monoamine-positive structures in cells of non-neural invertebrates (phylum Porifera). Society for Developmental Biology 79th Annual Meeting, Abstract Book, 271.

4. Sokolova, A.M., Voronezhskaya, E.E. (2021). Morphological background for non-canonical action of monoamines in Porifera. Integrative and Comparative Biology, 61(Issue Supplement 1), e1261-1262. doi: 10.1093/icb/icab002.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Общие сведения о функционировании и эволюции межклеточной коммуникации

Информация передаётся между клетками с помощью множества различных молекул от низкомолекулярных газов до сложноорганизованных белков. Некоторые из этих молекул передают сигналы на большие расстояния, тогда как другие действуют локально, сообщая информацию только соседним клеткам. Кроме того, сигнальные молекулы различаются по способу действия на клетки-мишени. Некоторые из них способны проникать через плазматическую мембрану и связываться с внутриклеточными рецепторами в цитоплазме или ядре, тогда как большинство связываются с рецепторами на поверхности клетки-мишени.

У животных известны два основных типа межклеточной коммуникации, или сигналинга: синаптический и объёмный (volume transmission) [Agnati et al., 1995; Zoli, et al., 1998 и др.]. Для осуществления синаптического сигналинга необходим близкий контакт клеток, между которыми направленно передаётся электрический или химический сигнал. Этот тип передачи информации обеспечивает эффективную координацию даже в крупном организме за счёт образования длинных клеточных выростов. В процессе эволюции у животных появился широкий спектр специализированных нейрональных клеток, осуществляющих синаптическую передачу сигнала на дальние расстояния, что в итоге привело к возникновению нервной системы [Moroz et al., 2021]. Именно это могло стать основной предпосылкой для усложнения, увеличения размеров тела животных и появления многообразия планов их строения [Gohde et al., 2021]. При объёмном сигналинге клетка посылает в межклеточное пространство химический сигнал, вызывающий изменение поведения в отдалённых компетентных клетках. Этого способа клеточной коммуникации могло быть достаточно для одноклеточных и колониальных организмов [Gohde et al., 2021]. Логично предположить, что

объёмный сигналинг - эволюционно более древний координационный механизм.

11

Появление многоклеточности и увеличение размеров тела, которым благоприятствовала оксигенация океана [Erwin et al., 2011], способствовали переходу от пино- и фагоцитоза к внеклеточному пищеварению [Yonge, 1937] [Nielsen, 2008; Moroz et al., 2021]. Хищничество и избегание хищников обусловили потребность в эффективной интегрирующей системе [Monk & Paulin, 2014]. Возникновение внеклеточного пищеварения и соответствующее усложнение секреции у предков многоклеточных животных стали важной преадаптацией к формированию вокруг клеток участков с уникальной микросредой, наполненной сигнальными веществами [Göhde et al., 2021; Moroz et al., 2021]. В организации процесса питания участвуют многие клетки: ресничные, сократительные, секреторные. Также в питании задействована иммунная защита от потенциальных патогенов и система регенеративных процессов. Поэтому естественный отбор мог воздействовать на выработку модуляторов, транспортеров, системы инактивации и поглощения, секрецию метаболитов, белков (в т. ч. протеолитических ферментов), небольших пептидов и токсинов, на взаимодействие их с рецепторами и т. п. [Moroz et al., 2021]. В отличие от электрического сигналинга, координация, осуществляемая химическими агентами, гораздо более гибкая и легче модулируется [Moroz et al., 2021]. Таким образом, деятельность трансмиттеров привела к образованию нервной системы путём интеграции предковых популяций секреторных клеток [Moroz et al., 2021]. В результате, три из пяти ветви Metazoa (Ctenophora, Cnidaria, Bilateria) развили нервные системы с существенно различающейся пространственно-временной организацией. Однако о разнообразии и функциональной роли трансмиттеров у древних Metazoa известно очень мало.

2.2. Моноамины

2.2.1. Моноамины в эволюции животных

Среди трансмиттеров моноамины занимают одно из ключевых мест. Моноамины (серотонин, мелатонин, гистамин, катехоламины) - это биологически активные производные аминокислот, выполняющие множество функций в

организмах самого разного уровня организации. Моноамины могут производиться внутри клеток или же попадать в них из окружающей среды, вызывая длительные изменения функционального состояния, необходимые для адаптации организма к внешним условиям. У многоклеточных животных попадание этих молекул внутрь клетки осуществляется при помощи специализированного мембранного белка (SERT для серотонина, DAT для дофамина, NAT для норадреналина).

Довольно рано в эволюции биогенные амины приобрели сигнальные функции. Будучи синтезированы и выброшены в межклеточное пространство одной клеткой, они действуют на специфические рецепторы в наружной мембране другой клетки. Стимуляция рецепторов активирует специфические внутриклеточные вторичные мессенджеры, вызывающие долговременные изменения функционального состояния клеток-реципиентов. В этом качестве моноамины являются важными регуляторными молекулами, осуществляя контроль и координацию пролиферации и дифференцировки различных клеток [Lauder et al., 1988]. Такая сигнальная функция моноаминов (например, в случае адреналина или мелатонина) по-прежнему является основной или одной из самых важных у позвоночных животных [Turlejski, 1996].

Позднее в процессе эволюции моноамины приобрели функции нейромодуляторов, производимых специфическими нейронами и регулирующих общую активность больших групп других нейронов или целой нервной системы -часто в течение длительного времени [Сахаров, 1990; Sakharov, 1990; Turlejski, 1996]. Такое воздействие осуществляется через специфические рецепторы, размещенные либо внутри синаптических контактов, либо на неспециализированных участках клеточной мембраны.

Наконец, сохраняя некоторые эволюционно более старые функции, моноамины приобрели ещё одну функцию нейротрансмиттеров, передающих

быстрые изменения. Они действуют на рецепторы, активируя ионные каналы, которые генерируют быстрые постсинаптические потенциалы [Тиг^БЫ, 1996].

Таким образом, создаётся впечатление, что моноамины приобретают новые функции через «выход из клетки», в первую очередь через упаковку в специальные секреторные везикулы. В 70е-80е годы XX века Бузниковым и Шмуклером [Би2п1коу & 8Ишик1ег, 1981] была высказана гипотеза о том, что внутриклеточное действие моноаминов также имеет важнейшее значение. Ими был проведен целый ряд работ по поиску специфических веществ моноаминергического ряда, способных проникать в клетку, проведены эксперименты по сравнению внешней аппликации моноаминов и их инъекции внутрь клетки. Полученные результаты не укладывались в господствующую в то время теорию исключительно мембранного действия моноаминов и привели авторов к идее о существовании специфических, внутренних рецепторов к моноаминам, характерных именно для ранних «донервных» стадий развития [Шмуклер и др., 1984, 2021; 8Ишик1ег е! а1, 1986]. Однако до настоящего времени это предположение так и не получило убедительных экспериментальных подтверждений. Так что обнаруженные авторами феномены внутриклеточного действия моноаминов до сих пор ждут должного объяснения.

2.2.2. Синтез моноаминов серотонина и дофамина

Разнообразие биогенных аминов у животных обеспечивается несколькими эволюционно консервативными ферментами. На первом этапе ферменты осуществляют превращение аминокислот в прямые предшественники серотонина и дофамина путём гидроксилирования. Суперсемейство гидроксилаз ароматических аминокислот содержит три основных фермента, различающиеся субстратом катализируемой реакции: триптофан гидроксилаза ТРН (ЕС: 1.14.16.4),

тирозингидроксилаза TH (EC: 1.14.16.2) и фенилаланингидроксилаза PAH (EC: 1.14. 16.1) (Рис. 1).

A) Триптофан Muo т„ипто(Ьан 5-гидрокситриптофан Декарбоксилаза Серотонин фиптофан Hq ^^ NH2 ароматических к Г -тГ у гидроксилаза ^ч-f L-аминокислот ||-¡Г

kJU соон —► LJU соон ~^ kJU

Н н Н

Б) Фенилаланин Тирозин Тирозин На ^ L"flj2*a NH2 ДекаРбоксилаза HQ. NH2

^ ^ NH? Фенилаланин гидроксилаза ароматических

гидроксилаза ^ J^ _^^ I I | L-аминокислот

ОГТоон —► соон —► J^J соон J^J

Рис. 1. Общая схема синтеза серотонина (А) и дофамина (Б).

Фермент фенилаланин гидроксилаза, исходно участвующий в превращении фенилаланина в тирозин, критически важен для метаболизма тирозина и, соответственно, синтеза дофамина. Но известно, что он также способен присоединять гидроксильную группу к триптофану [Coleman & Neckameyer, 2005; Mordhorst et al., 2021].

Следующий этап синтеза, декарбоксилирование предшественников моноаминов, катализируется декарбоксилазой ароматических аминокислот (ЕС: 4.1.1.28) (рис. 1). В отличие от гидроксилаз триптофана и тирозина, этот фермент очень широко распространен среди прокариот и эукариот (см. раздел «Результаты»).

2.2.3. Распространение моноаминов в природе

Помимо многоклеточных животных, моноамины обнаружены у прокариот [Hsu et al., 1986; Lyte & Ernst, 1992; 1993; Shahkolahi & Donahue, 1993; Strakhovskaya et al., 1993; Oleskin et al., 1998; Tsavkelova et al., 2000; Clarke et al., 2006; Shishov et al., 2009], протистов [McGowan et al., 1985; Csaba 1993], растений [Roshchina 1991, 2001; 2010; Murch, 2006; Wan et al., 2018], грибов [Malikina et al., 2010; Roshchina 2010]. Таким образом, моноамины демонстрируют очень широкое распространение среди живых организмов. Более того, они функционально

15

активны с самых ранних стадий развития [Бузников, 1967; 1987; 2007]. Поэтому очевидно, что моноамины - это сигнальные молекулы широкого профиля, а передача сигнала между нервными клетками - только одна из их многочисленных функций.

Активное участие моноаминов в жизнедеятельности билатерий не подлежит сомнению, тогда как данные по другим группам многоклеточных организмов фрагментарны. Существует ряд сообщений о наличии серотонина и катехоламинов у книдарий [Mathias et al., 1960; Welsh, 1960, 1968; Wood & Lentz, 1964; Kline & Weissbach, 1965; Carlyle, 1969; Carlberg et al., 1984; Kolberg & Martin, 1988; Anctil, 1989; Chung et al., 1989; Chung, Spencer, 1991; Carlberg, 1992; MacCauley, 1997; Dergham, Anctil, 1998; Westfall et al., 2005; Zega et al., 2003; Mayorova & Kosevich, 2013; Moeller et al., 2019], хотя в их геномах не найдены гены тирозин гидроксилазы и триптофан гидроксилазы [Westfall et al., 2000; Anctil et al., 2002; Anctil, 2009; Moroz & Kohn, 2015; Moroz et al., 2021]. Известно, что моноамины оказывают ряд эффектов на жизнедеятельность различных книдарий: показано их влияние на метаморфоз [Edwards et al., 1987; MacCauley, 1997; Zega et al., 2003; Moeller et al., 2019], ритмические мышечные сокращения [Anctil, 1989, Anctil et al., 1991; Tsang et al., 1997], питание [Hanai & Kitajima, 1984], регенерацию [Lenicque & Feral, 1977], биолюминисценцию [Anctil et al., 1982; Awad & Anctil, 1993]. Показано присутствие моноаминов в нейронах [Kolberg & Martin, 1988; Umbriaco et al., 1990; Pani et al., 1995; Anctil et al., 2002; Westfall et al., 2005], их синтез и катаболизм [Pani & Anctil, 1994], высвобождение путём экзоцитоза [Gillis & Anctil, 2001], связывание с рецепторами [Awad & Anctil, 1993; Anctil & Bouchard, 2004; KassSimon & Pierobon, 2007] и реакция на различные нейрофармакологические агенты, такие как резерпин [Kolberg & Martin, 1988]. Также имеются данные о функциональности рецепторов к моноаминам у книдарий [Hanai & Kitajima, 1984; Awad & Anctil, 1993; Anctil & Bouchard, 2004; Kass-Simon & Pierobon, 2007; Zega et al., 2007; Chen et al., 2017]. При этом, моноаминовые рецепторы книдарий, по-видимому, не специализированы, и даже игнорируются некоторыми

исследователями [Leys et al., 2019]. Тем не менее, в работе, посвящённой эволюции рецепторов дофамина, они занимают самое базальное положение на филогенетическом древе как полноценные рецепторы [Chen et al., 2017].

У губок полностью отсутствуют гомологи рецепторов к моноаминам. При этом их компоненты системы синтеза классических нейротрансмиттеров не образуют когерентной группы, а скорее разбросаны по транскриптомам разных видов [Riesgo et al., 2014]. Известно, что губки реагируют на некоторые нейроактивные вещества - ГАМК, глутамат и оксид азота NO, также имеется свидетельство физиологического ответа (сокращения тела) на аппликацию серотонина в определённой концентрации [Ellwanger et al., 2004; Ellwanger & Nickel, 2006; Ellwanger et al., 2007; Elliott & Leys, 2010; Musser et al., 2021]. Кроме того, серотонин был визуализирован у личинок одной из губок посредством иммунофлуоресцентного маркирования [Weyrer et al., 1999]. Однако считается, что реактивность антител позвоночных по отношению к тканям губок чрезвычайно низкая, поэтому работа с антителами затруднена [Leys et al., 2019]. Гистохимическими методами у кальциевой губки Sycon выявлялась моноаминоксидаза, серотонин и эпинефрин, при этом окрашивания даже блокировались ингибиторами ферментов синтеза [Lentz, 1966].

2.2.4. Моноаминилирование - посттрансляционная модификация белков

Помимо классического рецепторного способа действия моноамины могут связываться непосредственно с внутриклеточными белками [Walther et al., 2003; Watt et al., 2009; Muma & Mi, 2015; Bader, 2020]. Этот процесс называется моноаминилированием (серотонилированием, дофаминилированием и т. д.). Впервые процесс моноаминилирования был обнаружено в тромбоцитах мыши и описан как трансамидирование между гамма-аминогруппой глутаминового остатка малых ГТФаз и аминогруппой серотонина, катализируемое трансглутаминазой. В

17

результате этого процесса блокируется гидролиз ГТФ, что ведёт к конститутивной активности соответствующих ГТФаз и последующему экзоцитозу факторов агрегации тромбоцитов ^акЬег е! а1., 2003]. По сути, моноаминилирование представляет собой посттрансляционную модификацию эффекторных белков, происходящую в присутствии фермента трансглутаминазы ^02.3.2.13) (рис. 2). В результате происходит прямая модуляция характеристик белков: изменяется связывание с другими белками, продолжительность их жизни в клетках, возможность к полимеризации и многое другое [Воронежская и др., 2021].

Эффекгорный О белок

MU^nDIH Г!

пептид

NH2 NH2

Серотонин

Трансглутаминаза

Серотони-лированный О белок

пепт

+ NH3

Рис. 2. Общая схема моноаминилирования - ковалентного связывания моноаминов с эффекторными белками (на примере серотонилирования).

В целом, регуляции физиологических процессов, основанные на ковалентном

связывании моноаминов с внутриклеточными белками посредством

трансглутаминаз, широко распространены у животных [Walther et al., 2011; Muma

& Mi, 2015]. Такой механизм действия, в отличие от классического рецепторного,

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Соколова Агния Михайловна, 2022 год

8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бузников, Г. А. (1967). Низкомолекулярные регуляторы зародышевого развития. Москва: Наука.

2. Бузников, Г. А. (1987). Нейротрансмиттеры в эмбриогенезе. Москва: Наука.

3. Бузников, Г. А. (2007). Донервные трансмиттеры как регуляторы эмбриогенеза. Современное состояние проблемы. Онтогенез, 38, 262-270.

4. Вестхайде В., Ригер Р. (2008) Зоология беспозвоночных. Том 1: От простейших до моллюсков и артропод. Пер. с нем. под ред. проф. А.В. Чесунова. Москва: Т-во научных изданий КМК. 512 с.

5. Воронежская, Е. Е., Мельникова, В., Ивашкин, Е. (2021). Моноамины как адаптивные регуляторы развития: феномен и механизмы действия. Журнал высшей нервной деятельности, 71, 309-319.

6. Догель, В.А. (1981). Зоология беспозвоночных: учебник для университетов. (Ю. И. Полянский, Ред.) Москва: Высшая школа.

7. Иванова-Казас О.М. (1978). Сравнительная эмбриология беспозвоночных животных. Том 3. Иглокожие и полухордовые. Москва: Наука, 163 с.

8. Сахаров, Д.А. (1990). Множественность нейротрансмиттеров: функциональное значение. Журнал эволюционной биохимии и физиологии, 26, 733-740.

9. Шмуклер, Ю., Алёшина, Н., Мальченко, Л., Никишин, Д. (2021). Серотониновая система в оогенезе млекопитающих. Журнал высшей нервной деятельности, 71, 320-334.

10. Шмуклер, Ю., Бузников, Г., Григорьев, Н., Мальченко, Л. (1984). Влияние циклических нуклеотидов на чувствительность ранних зародышей

морских ежей к цитотоксическим нейрофармакологическим препаратам. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 97, 354-355.

11. Afzelius, B.A. (1961). Flimmer-flagellum of the sponge. Nature, 191(4795), 1318-1319.

12. Agnati, L. F., Zoli, M., Stromberg, I., Fuxe, K. (1995). Intercellular communication in the brain: wiring versus volume transmission. Neuroscience, 69, 711-726.

13. Amano, S., Hori, I. (1992). Metamorphosis of calcareous sponges I. Ultrastructure of free-swimming larvae. Invertebrate Reproduction and Development, 21(2), 81-90. https://doi.org/10.1080/07924259.1992.9672223

14. Amano, S., Hori, I. (2001). Metamorphosis of coeloblastula performed by multipotential larval flagellated cells in the calcareous sponge Leucosolenia laxa. Biological Bulletin, 200(1), 20-32. https://doi.org/10.2307/1543082

15. Anctil, M. (1989). Modulation of a rhythmic activity by serotonin via cyclic AMP in the coelenterate Renilla kollikeri. Journal of Comparative Physiology Part B, 159, 491-500.

16. Anctil, M. (2009). Chemical transmission in the sea anemone Nematostella vectensis: a genomic perspective. Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics andProteomics, 4, 268-289. doi:10.1016/j.cbd.2009.07.001

17. Anctil, M., Bouchard, C. (2004). Biogenic amine receptors in the sea pansy: activity, molecular structure, and physiological significance. Hydrobiologia, 530/531, 35-40.

18. Anctil, M., Hurtubise, P., Gillis, M.-A. (2002). Tyrosine hydroxylase and dopamine-P-hydroxylase immunoreactivities in the cnidarian Renilla koellikeri.

Cell Tissue Research, 310, 109-117.

19. Awad, E., Anctil, M. (1993). Identification of P-like adrenoceptors associated with bioluminescence in the sea pansy, Renilla koellikeri. Journal of Experimental Biology, 177, 181-200.

20. Avasthi, P., Marshall, W.F. (2012). Stages of ciliogenesis and regulation of ciliary length. Differentiation. 83(2), 30-42. doi: 10.1016/j.diff.2011.11.015.

21. Atkinson, K.F., Kathem, S.H., Jin, X., Muntean, B.S., Abou-Alaiwi, W.A., Nauli, A.M., Nauli, S.M. (2015). Dopaminergic signaling within the primary cilia in the renovascular system. Frontiers in Physiology, 6, 103. doi: 10.3389/fphys.2015.00103

22. Bader, M. (2019). Serotonylation: serotonin signaling and epigenetics. Frontiers in molecular neuroscience, 12, 288. doi: 10.3389/fnmol.2019.00288

23. Basten, S.G., Giles, R.H. (2013). Functional aspects of primary cilia in signaling, cell cycle and tumorigenesis. Cilia, 2(1), 6. doi: 10.1186/2046-2530-26.

24. Bershadsky, A.D., Futerman, A. (1994). Disruption of the Golgi apparatus by brefeldin A blocks cell polarization and inhibits directed cell migration. Proceedings of the National Academy of Sciences, 91, 5686-5689. doi:10.1073/pnas.91.12.5686.

25. Blum, M., Feistel, K., Thumberger, T., Schweickert, A. (2014). The evolution and conservation of left-right patterning mechanisms. Development, 141(8), 1603-13. doi: 10.1242/dev.100560.

26. Bond, C., Harris, A. K. (1988). Locomotion of sponges and its physical mechanism. Journal of Experimental Zoology, 246, 271-284. doi:10.1002/jez.1402460307.

27. Brunet, T., King, N. (2017). The origin of animal multicellularity and cell differentiation. Developmental cell, 43, 124-140. doi:10.1016/j.devcel.2017.09.016.

28. Buznikov, G., Shmukler, Y.B. (1981). Possible role of "prenervous neurotransmitters" in cellular interactions of early embryogenesis: a hypothesis.

Neurochemical Research, 6, 55-68.

29. Carlberg, M. (1992). Localization of dopamine in the freshwater hydrozoan Hydra attenuata. Cell Tissue Research, 270, 601-607.

30. Carlberg, M., Jergil, B., Lindbladh, C., Rosengren, E. (1984). Enzymatic 5-hydroxylation of ldopa by a tyrosinase isolated from the sea anemone Metridium senile. General Pharmacology: The Vascular System, 15, 301-307.

31. Carlberg, M. (1992). Localization of dopamine in the freshwater hydrozoan Hydra attenuata. Cell Tissue Research, 270, 601-607.

32. Carlyle, R. (1969). The occurrence of catecholamines in the sea anemone Actinia equina. British Journal of Pharmacology, 36, 182.

33. Carr, M., Leadbeater, B.S., Hassan, R., Nelson, M., Baldauf, S.L. (2008). Molecular phylogeny of choanoflagellates, the sister group to Metazoa. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105, 16641-16646.

34. Cavalier-Smith, T. (2013). Early evolution of eukaryote feeding modes, cell structural diversity, and classification of the protozoan phyla Loukozoa, Sulcozoa, and Choanozoa. European Journal of Protistology, 49, 115-178. doi: 10.1016/j.ejop.2012.06.001.

35. Chen, P., Chen , P., Li, T., Shen, Q., Yan , D.-F., Zhang, L., . . . Li , Y. (2017). Two dopamine D2-like receptor genes from the silkworm (Bombyx mori) and their evolutionary history in metazoan. Scientific reports, 7, 1-12. doi: 10.1038/s41598-017-07055-5.

36. Chung, J.-M., Spencer, A. N., Gahm, K. H. (1989). Dopamine in tissues of the hydrozoan jellyfish Polyorchis penicillatus as revealed by t and GC/ MS. Journal of Comparative Physiology B, 159, 173-181.

37. Chung, J.-M., Spencer, A.N. (1991). Dopamine as a neuroactive substance in the jellyfish Polyorchispenicillatus. Journal of Experimental Biology, 156, 433451.

38. Clark, H. (1868). On the Spongiae ciliatae as Infusoria flagellata, or observations on the structure, animality and relationship of Leucosolenia botryoides. Annals and Magazine of Natural History, 4, 133-142.

39. Clarke, M.B., Hughes, D.T., Zhu, C., Boedeker, E.C., Sperandio, V. (2006). The QseC sensor kinase: a bacterial adrenergic receptor. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 103, 10420-10425. doi:

10.1073/pnas.0604343103

40. Cole, D., Chinn, S., Wedaman, K., Hall K., Vuong T., and Scholey J.M. (1993). Novel heterotrimeric kinesin-related protein purified from sea urchin eggs. Nature, 366, 268-270. doi: 10.1038/366268a0.

41. Coleman, C., Neckameyer, W. (2005). Serotonin synthesis by two distinct enzymes in Drosophila melanogaster. Archives of Insect Biochemistry and Physiology, 59, 12-31.

42. Colgren, J., Nichols, S. (2021). A muscle-related contractile tissue specified by MRTF-activity in Porifera. bioRxiv, published online. doi: 10.1101/2021.04.11.439235

43. Csaba, G. (1993). Presence in and effect of pineal indoleamines at very low level of phylogeny. Experientia, 49, 627-634.

44. Deane, J., Cole, D., Seeley, E., Diener, D., Rosenbaum, J. (2001). Localization of intraflagellar transport protein IFT52 identifies basal body transitional fibers as the docking site for IFT particles. Current Biology, 11(20), 1586-1590. doi: 10.1016/s0960-9822(01)00484-5.

45. Dedeoglu, A., Kubilus, J., Jeitner, T., Matson, S., Bogdanov, M., Kowall, N., Matson, W., Cooper, A., Ratan, R., Beal, M., Hersch, S., Ferrante, R. (2002).

Therapeutic effects of cystamine in a murine model of Huntington's disease. Journal of Neuroscience, 22(20), 8942-8950. doi: 10.1523/JNEUR0SCI.22-20-08942.2002.

46. Delbeau, M. (2020). Differential gene expression in Ephydatia muelleri during intracellular symbiosis with Chlorella. Honors Theses. https://scholarship.richmond.edu/honors-theses/1451.

47. Dergham P., Anctil, M. (1998). Distribution of serotonin uptake and binding sites in the cnidarian Renilla koellikeri: an autoradiographic study. Tissue and Cell, 30, 205-215.

48. Desai, B., Chadha, A., Cook, B. (2014). The stum gene is essential for mechanical sensing in proprioceptive neurons. Science, 343, 1256-1259. doi:10.1126/science.1247761.

49. Doran, S., Koss, R., Tran, C., Christopher, K., Gallin, W., Goldberg, J. (2004). Effect of serotonin on ciliary beating and intracellular calcium concentration in identified populations of embryonic ciliary cells. Journal of Experimental Biology, 207(8), 1415-1429. doi: 10.1242/jeb.00924

50. Dunn, C. W., Leys, S. P., Haddock, S. H. (2015). The hidden biology of sponges and ctenophores. Trends in ecology & evolution, 30, 282-291.

51. Efremova, S., Sukhodolskaya, A., Alekseeva, N. (1988). The different structure of kinetosome rootlet systems in flagellated cells of the larvae and the choanocytes of sponges. In Modern and Perspective Investigations. Porifera and Cnidaria. (pp. 22-23). Leningrad: USSR Academy of Sciences, Zoological institute.

52. Eldon, E. D., Angerer, L., Angerer, R., Klein, W. (1987). Spec3: embryonic expression of a sea urchin gene whose product is involved in ectodermal ciliogenesis. Genes & Development, 1, 1280-1292. doi:10.1101/gad.1.10.1280

53. Eldon, E. D., Montpetit, I., Nguyen, T., Decker, G., Valdizan, M., Klein, W., Brandhorst, B. (1990). Localization of the sea urchin Spec3 protein to cilia and Golgi complexes of embryonic ectoderm cells. Genes & Development, 4, 111-122. doi: 10.1101/gad.4.1.111

54. Elliott, G. R., Leys, S. (2007). Coordinated contractions effectively expel water from the aquiferous system of a freshwater sponge. Journal of Experimental Biology, 210, 3736-3748.

55. Elliott, G. R., Leys, S. P. (2010). Evidence for glutamate, GABA and NO in coordinating behaviour in the sponge, Ephydatia muelleri (Demospongiae, Spongillidae). Journal of Experimental Biology, 213, 2310-2321.

56. Ellwanger, K., Brammer, F., Nickel, M. (2004). Glutamate, GABA and serotonin induce contractions in the sponge Tethya wilhelma (Porifera: Demospongiae). Kinzelbach, B.R. (Ed.), Jahrestagung der Deutschen Zoologischen Gesellschaft (стр. 157). Rostock: Abstractband.

57. Ellwanger, K., Nickel, M. (2006). Neuroactive substances specifically modulate rhythmic body contractions in the nerveless metazoon Tethya wilhelma (Demospongiae, Porifera). Frontiers in Zoology, 3, 1-14.

58. Ellwanger, K., Eich, A. Nickel, M. (2007). GABA and glutamate specifically induce contractions in the sponge Tethya wilhelma. Journal of Comparative Physiology A, 193, 1-11.

59. Ereskovsky, A. V, Tokina, D. B., Bézac, C., Boury-Esnault, N. (2007). Metamorphosis of Cinctoblastula Larvae (Homoscleromorpha, Porifera). Journal of Morphology, 528, 518-528. doi.org/10.1002/jmor.

60. Ereskovsky, A. V., Willenz, P. (2008). Larval development in Guancha arnesenae (Porifera, Calcispongiae, Calcinea). Zoomorphology, 127, 175-187.

61. Ereskovsky, A. V, Konyukov, P. Y., Tokina, D. B. (2009). Morphogenesis accompanying larval metamorphosis in Plakina trilopha (Porifera,

105

Homoscleromorpha). Zoomorphology, 129(1), 21-31. doi.org/10.1007/s00435-009-0097-5.

62. Erwin, D., Laflamme, M., Tweedt, S., Sperling, E., Pisani, D., Pete, K. (2011). The Cambrian conundrum: early divergence and later ecological success in the early history of animals. Science, 1091-1097.

63. Farrelly, L., et al. (2019). Histone serotonylation is a permissive modification that enhances TFIID binding to H3K4me3. 567, 535-539.

64. Filla, A., Hiripi, L., Elekes, K. (2009). Role of aminergic (serotonin and dopamine) systems in the embryogenesis and different embryonic behaviors of the pond snail, Lymnaea stagnalis. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 149, 73-82.

65. Fishelson, L. (1981). Observations on the moving colonies of the genus Tethya (Demospongia, Porifera): 1. Behavior and cytology. Zoomorphology, 98, 89-100.

66. Follit, J. A., Tuft, R., Fogarty, K., Pazour, G. (2006). The intraflagellar transport protein IFT20 is associated with the Golgi complex and is required for cilia assembly. Molecular biology of the cell,, 17, 3781-3792.

67. Fuller, M., Shields, D. Molecular basis of medical cell biology. (1998) Appleton & Lange, p. 231.

68. Goldberg, J., Rich, D., Muruganathan, S., Liu, M., Pon, J., Tam, R., Diefenbach, T., Kuang, S. (2011) Identification and evolutionary implications of neurotransmitter-ciliary interactions underlying the behavioral response to hypoxia in Lymnaea stagnalis embryos. Journal of Experimental Biology, 214, 2660-70. doi: 10.1242/jeb.053009

69. Gillis, M.-A., Anctil, M. (2001). Monoamine release by neurons of a primitive nervous system: an amperometric study. Journal of Neurochemistry, 76, 1774-1784.

70. Gohde, R., Naumann, B., Laundon, D., Imig, C., McDonald, K., Cooper, B. H. (2021). Choanoflagellates and the ancestry of neurosecretory vesicles. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 376(1821), 20190759.

71. Guerrero, R., Margulis, L., Berlanga, M. (2013). Symbiogenesis: the holobiont as a unit of evolution. International Microbiology, 16, 133-143. doi: 10.2436/20.1501.01.188

72. Hammel, J. U., Nickel, M. (2014). A New Flow-Regulating Cell Type in the Demosponge Tethya wilhelma - Functional Cellular Anatomy of a Leuconoid Canal System. PLoS One, 9, e113153-12.

73. Hao, L., Thein, M., Brust-Mascher, I., Civelekoglu-Scholey, G., Lu, Y., Acar, S., Prevo, B., Shaham, S., Scholey, J. M. (2011). Intraflagellar transport delivers tubulin isotypes to sensory cilium middle and distal segments. Nature Cell Biology, 13(7), 790-798. doi: 10.1038/ncb2268.

74. Hsu, S. C., Johansson, K., Donahue, M. (1986). The bacterial flora of the intestine of Ascaris suum and 5-hydroxytryptamine production. The Journal of parasitology, 545-549.

75. Hummerich R., C. V. (2015). Monoaminylation of Fibrinogen and Glia-Derived Proteins: Indication for Similar Mechanisms in Posttranslational Protein Modification in Blood and Brain. ACS Chemical Neuroscience, 6, 1130-1136.

76. Hummerich, R., Schloss, P. (2010). Serotonin — more than a neurotransmitter: transglutaminase-mediated serotonylation of C6 glioma cells and fibronectin. (2010). Neurochemistry International, 57, 67-75.

77. Hummerich, R., Thumfart, J., Findeisen, P., Bartsch, D., Schloss, P. (2012). Transglutaminase-mediated transamidation of serotonin, dopamine and noradrenaline to fibronectin: evidence for a general mechanism of monoaminylation. FEBSLetters, 586, 3421 —3428.

78. Ivashkin, E., Khabarova, M., Melnikova, V., Nezlin, L., Kharchenko, O., Voronezhskaya, E., Adameyko, I. (2015). Serotonin mediates maternal effects and directs developmental and behavioral changes in the progeny of snails. Cell Reports, 12, 1144-1158.

79. Ivashkin, E., Melnikova, V., Kurtova, A., Bran, N., Obukhova, A., Khabarova, M., Voronezhskaya, E. (2019). Transglutaminase activity determines nuclear localization of serotonin immunoreactivity in the early embryos of invertebrates and vertebrates. ACS Chemical Neuroscience, 10, 3888-3899.

80. Jekely, G., Arendt, D. (2006). Evolution of intraflagellar transport from coated vesicles and autogenous origin of the eukaryotic cilium. Bioessays, 28, 191198.

81. Kasahara, S., Bosch, T. (2003). Enhanced antibacterial activity in Hydra polyps lacking nerve cells. Developmental & Comparative Immunology, 27, 79-85.

82. Kass-Simon, G., Pierobon, P. (2007). Cnidarian chemical neurotransmission, an updated overview. Comparative Biochemistry and Physiology — Part A: Molecular & Integrative Physiology, 146, 9-25. doi:doi:10.1016/j.cbpa.2006.09.008

83. Katow, H., Suyemitsu, T., Ooka, S., Yaguchi , J., Jin-Nai, T. et al. (2010). Development of a dopaminergic system in sea urchin embryos and larvae. Journal of Experimental Biology, 213, 2808-2819.

84. Keller-Costa, T., Jousset,, A., van Overbeek, L., van Elsas, J., Costa, R. (2014). The freshwater sponge Ephydatia fluviatilis harbours diverse Pseudomonas species (Gammaproteobacteria, Pseudomonadales) with broad-spectrum antimicrobial activity. PloS one, 9, e88429.

85. Kenny, N., Francis, W. R., Rivera-Vicens, R. E., Alex de Mendoza, K., Diez-Vives, C. (2020). Tracing animal genomic evolution with the chromosomal-level

assembly of the freshwater sponge Ephydatia muelleri. Nature Communications, 11, 3676. doi: 10.1038/s41467-020-17397-w

86. Kent, S. (1878). Notes on the embryology of sponges. Annals and Magazine of Natural History, 5, 139-156.

87. Kim, S., Zaghloul N., Bubenshchikova, E., Oh, E., Rankin, S., Katsanis, N., Obara, T., Tsiokas, L. (2011). Nde1-mediated inhibition of ciliogenesis affects cell cycle re-entry. Nature Cell Biology 13, 351-360.

88. Klimovich, A. V., Bosch, T. (2018). Rethinking the role of the nervous system: lessons from the Hydra holobiont. BioEssays, 40, 1800060.

89. Kline, E. S., Weissbach, H. (1965). Hydroxyindoleamines in the nematocysts of Hydra littoralis. Life Sciences, 4, 63-67. doi:10.1016/0024-3205(65)90034-2

90. Kolberg, K. J., Martin, V. (1988). Morphological, cytochemical and neuropharmacological evidence for the presence of catecholamines in hydrozoan planulae. Development, 103, 249-258.

91. König P., Krain B., Krasteva G., Kummer W. (2009). Serotonin increases cilia-driven particle transport via an acetylcholine-independent pathway in the mouse trachea. PLoS One. 4(3):e4938. doi: 10.1371/journal.pone.0004938.

92. Kozminski, K.G., Johnson, K.A., Forscher, P., Rosenbaum, J. (1993) A motility in the eukaryotic flagellum unrelated to flagellar beating. Proceedings of National Academy of Sciences USA, 90, 5519-5523. doi: 10.1073/pnas.90.12.5519.

93. Lauder, J., Tamir, H., Sadler, T. (1988). Serotonin and morphogenesis I. Sites of serotonin uptake and binding protein immunoreactivity in the midgestation mouse embryo. Development, 102, 709-720.

94. Lavrov, A. I., Kosevich, I. (2018). Stolonial Movement: A New Type of Whole-Organism Behavior in Porifera. Biological Bulletin, 234, 58-67.

95. Lentz, T. L. (1966). Histochemical localization of neurohumors in a sponge. Journal of Experimental Zoology. 162, 171-179.

96. Leys, S. P. (2015). Elements of a 'nervous system' in sponges. Journal of Experimental Biology, 218, 581-591.

97. Leys, S. P., Mah, J., McGill, P., Hamonic, L., De Leo, F., Kahn, A. (2019). Sponge Behavior and the Chemical Basis of Responses: A Post-Genomic View. Integrative and comparative biology. 59, 751-764.

98. Li, Y., Shen, X.-X., Evans, B., Dunn, C., Rokas, A. (2020). Rooting the animal tree of life. bioRxiv 2020.10.27.357798. doi:10.1101/2020.10.27.357798

99. Li, Y., Hadden, C., Cooper, A., Ahmed, A., Wu, H., Lupashin,V., Mayeux P., Kilic F. (2016). Sepsis-induced elevation in plasma serotonin facilitates endothelial hyperpermeability. Scientific Reports, 6, 22747. doi: 10.103 8/srep22747.

100. Ludeman, D. A., Farrar, N., Riesgo, A., Paps, J., Leys, S. (2014). Evolutionary origins of sensation in metazoans: functional evidence for a new sensory organ in sponges. BMC evolutionary biology, 14, 1-11.

101. Lyte, M., Ernst, S. (1993). Alpha- and beta-adrenergic receptor involvement in catecholamine-induced growth of gram-negative bacteria. Biochemical and Biophysical Research Communications, 190, 447-452. doi: 10.1006/bbrc.1993.1068.

102. Lyte, M., Ernst, S. (1992). Catecholamine induced growth of gram-negative bacteria. Life Sciences, 50, 203-212. doi: 10.1016/0024-3205(92)90273-R.

103. McCauley, D.W. (1997). Serotonin plays an early role in the metamorphosis of the hydrozoan Phialidium gregarium. Developmental biology, 190, 229-240.

104. Mah, J.L., Christensen-Dalsgaard, K.K., Leys, S.P. (2014). Choanoflagellate and choanocyte collar-flagellar systems and the assumption of homology. Evolution & development, 16(1), 25-37.

105. Mah, J. L., Leys, S. P. (2017). Think like a sponge: the genetic signal of sensory cells in sponges. Developmental biology, 431(1), 93-100.

106. Maldonado, M. (2004). Choanoflagellates, choanocytes, and animal multicellularity. Invertebrate Biology, 123, 1-22.

107. Maldonado, M., Durfort, M., McCarthy, D. A., Young, C. M. (2003). The cellular basis of photobehavior in the tufted parenchymella larva of demosponges. Marine Biology, 143(3), 427-441. doi.org/10.1007/s00227-003-1100-1.

108. Malikina, K.D., Shishov, V.A., Chuvelev, D.I., Kudrin, V.S., Oleskin, A.V. (2010). Regulatory role of monoamine neurotransmitters in Saccharomyces cerevisiae cells. Applied Biochemistry and Microbiology, 46, 620-625.

109. Marinkovic, M., Berger, J., Jékely, G. (2019). Neuronal coordination of motile cilia in locomotion and feeding. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 375, 20190165. doi:10.1098/rstb.2019.0165

110. Marshall, W.F., Qin, H., Rodrigo Brenni, M., Rosenbaum, J.L. (2005). Flagellar length control system: testing a simple model based on intraflagellar transport and turnover. Molecular Biology of the Cell, 16, 270-278.

111. Marshall, W.F., Rosenbaum, J.L. (2001). Intraflagellar transport balances continuous turnover of outer doublet microtubules: implications for flagellar length control. Journal of Cell Biology, 155, 405-414.

112. Mathias, A. P., Ross, D., Schachter, M. (1960). The distribution 5-hydroxytryptamine, tetramethyammonium, homarine, and other substances in sea anemones. Journal of Physiology, 151, 296-311. doi:10.1113/jphysiol. 1960.sp006439

113. Mayorova, T. D., Kosevich, I. (2013). Serotonin-immunoreactive neural system and contractile system in the hydroid Cladonema (Cnidaria, Hydrozoa). Invertebrate Neuroscience, 13, 99-106. doi:10.1007/s10158-013-0152-2

114. McGowan, K., Guerina, V., Wicks, J., Donowitz, M. (1985). Secretory hormones of Entamoeba histolytica. Ciba Foundation symposium, 112, 139-154.

115. Moeller, M., Nietzer, S., Schupp, P. (2019). Neuroactive compounds induce larval settlement in the scleractinian coral Leptastrea purpurea. Scientific reports, 9, 1-9. doi: 10.103 8/s41598-019-3 8794-2

116. Monk, T., Paulin, M. (2014). Predation and the origin of neurones. Brain, behavior and evolution. Brain, behavior and evolution, 84, 246-261. doi: 10.1159/000368177

117. Mordhorst, A., Dhandapani, P., Matthes, S., Mosienko, V., Rothe, M., Todiras, M., ... & Alenina, N. (2021). Phenylalanine hydroxylase contributes to serotonin synthesis in mice. The FASEB Journal, 35(6), e21648.

118. Moroz, L.L., Kohn, A.B. (2015). Unbiased view of synaptic and neuronal gene complement in Ctenophores: are there pan-neuronal and pan-synaptic genes across Metazoa? Integrative and Comparative Biology, 55, 1028-1049. doi:10.1093/icb/icv 104

119. Moroz, L. L., Romanova, D. Y., Kohn, A. B. (2021). Neural versus alternative integrative systems: molecular insights into origins of neurotransmitters. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 376, 20190762. doi:10.1098/rstb.2019.0762

120. Muma, N. A., Mi, Z. (2015). Serotonylation and transamidation of other monoamines. ACS chemical neuroscience, 6, 961-969.

121. Murch, S. J. (2006). Neurotransmitters, neuroregulators and neurotoxins in plants. Baluska, B., Mancuso, S., Volkmann, D. (Eds.), Communication in Plants -Neuronal Aspects of Plant Life (pp. 137-151). Berlin: Springer.

122. Murillo-Rincon, A.P., Klimovich, A., Pemoller, E., Taubenheim, J., Mortzfeld, B., Augustin, R., Bosch, T.C. (2017). Spontaneous body contractions are modulated by the microbiome of Hydra. Scientific reports, 7, 1-9.

123. Musser, J.M., Schippers, K.J., Nickel, M., Mizzon, G., Kohn, A.B., Pape, C., ... & Arendt, D. (2021). Profiling cellular diversity in sponges informs animal cell type and nervous system evolution. Science, 374, 717-723.

124. Mylnikov, A.P., Tikhonenkov, D.V., Karpov, S.A., Wylezich, C. (2019). Microscopical studies on Ministeria vibrans Tong, 1997 (Filasterea) highlight the cytoskeletal structure of the common ancestor of Filasterea, Metazoa and Choanoflagellata. Protist, 170(4), 385-396.

125. Nakanishi, N., Stoupin, D., Degnan, S. M., Degnan, B. M. (2015). Sensory flask cells in sponge larvae regulate metamorphosis via calcium signaling. Integrative and comparative biology, 55(6), 1018-1027.

126. Nickel, M. (2004). Kinetics and rhythm of body contractions in the sponge Tethya wilhelma (Porifera: Demospongiae). Journal of Experimental Biology, 207, 4515-4524

127. Nielsen, C. (1987). Structure and function of metazoan ciliary bands and their phylogenetic significance. Acta zoologica, 68(4), 205-262.

128. Nielsen, C. (2008). Six major steps in animal evolution: are we derived sponge larvae? Evolution & Development, 10, 241-257.

129. Nielsen, C. (2012). Animal evolution: interrelationships of the living phyla. Oxford University Press on Demand.

130. Nielsen, C. (2019). Early animal evolution: A morphologist's view. Royal Society Open Science, 6, 190638. doi:10.1098/rsos.190638

131. O'Malley, M. A., Wideman, J., Ruiz-Trillo, I. (2016). Losing complexity: the role of simplification in macroevolution. Trends in ecology & evolution, 31, 608-621. doi:10.1016/j .tree.2016.04.004

132. Obukhova A., Ivashkin, E., Khabarova, M., Voronezshkaya, E. (2014). Novel non-neuronal cilia-associated monoamine-containing structure in sea urchin

larvae / International congress on invertebrate morphology (ICIM 3), (p. 243). Berlin.

133. Oleskin, A., Kirovskaya, T., Botvinko, I., Lysak, L. (1998). Effects of serotonin (5-hydroxytryptamine) on the growth and differentiation of microorganisms. Microbiologia, 67, 305-312.

134. Pani, A. K., Anctil, M. (1994). Evidence for biosynthesis and catabolism of monoamines in the sea pansy Renilla koellikeri (Cnidaria). Neurochemistry international, 25, 465-474.

135. Pani, A., Anctil, M., Umbriaco, D. (1995). Neuronal localization and evoked release of norepinephrine in the cnidarian Renilla koellikeri. Journal of Experimental Zoology, 272, 1-12.

136. Paulmann, N., Grohmann, M., Voigt, J., Bert, B., Vowinckel , J., Bader , M. et al. (2009). Intracellular serotonin modulates insulin secretion from pancreatic beta-cells by protein serotonylation. PLoS Biology, 7, e1000229.

137. Pavone, L. M., Norris, R. (2013). Distinct signaling pathways activated by "extracellular" and "intracellular" serotonin in heart valve development and disease. Cell Biochemistry and Biophysics, 67, 819-828.

138. Peña, J. F., Alié, A., Richter, D., Wang, L., Funayama, N., Nichols, S. (2016). Conserved expression of vertebrate microvillar gene homologs in choanocytes of freshwater sponges. EvoDevo, 7, 1-15.

139. Pisani, D., Pett, W., Dohrmann, M., Feuda, R., Rota-Stabelli, O., Philippe, H., Worheide, G. (2015). Genomic data do not support comb jellies as the sister group to all other animals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112, 15402-15407. doi: 10.1073/pnas. 15181 27112

140. Pita, L., Rix, L., Slaby, B. M., Franke, A., Hentschel, U. (2018). The sponge holobiont in a changing ocean: from microbes to ecosystems. Microbiome, 6, 1-18.

141. Plotnikova, O.V., Golemis, E.A., Pugacheva, E.N. (2008). Cell cycle-dependent ciliogenesis and cancer. Cancer Research, 68, 2058-2061.

142. Porter, M.E., Sale, W.S. (2000). The 9 + 2 axoneme anchors multiple inner arm dyneins and a network of kinases and phosphatases that control motility. Journal of Cell Biology,151(5), 37-42. doi:10.1083/jcb.151.5.f37

143. Pozdnyakov, I.R., Karpov, S.A. (2013). Flagellar apparatus structure of choanocyte in Sycon sp. and its significance for phylogeny of Porifera. Zoomorphology, 132(4), 351-357.

144. Pozdnyakov, I.R., Karpov, S.A. (2016a). Kinetid structure in choanocytes of sponges (Heteroscleromorpha): toward the ancestral kinetid of Demospongiae. Journal of morphology, 277(7), 925-934.

145. Pozdnyakov, I.R., Karpov, S.A. (2016b). Structure of the choanocyte kinetid in the sponge Haliclona sp. (Demospongiae: Haplosclerida) and its implication for taxonomy and phylogeny of Demospongiae. Biology Bulletin, 43(7), 595-601.

146. Pozdnyakov, I., Sokolova, A., Ereskovsky, A., Karpov, S. (2017). Kinetid structure of choanoflagellates and choanocytes of sponges does not support their close relationship. Protistology, 11(4), 248-264.

147. Prosser, C.L. (1967). Ionic analysis and effects of ions on contractions of sponge tissues. Zeitschrift fur vergleichende Physiologie, 54, 109-120.

148. Qin, H., Diener, D.R., Geimer, S., Cole, D.G., Rosenbaum, J.L. (2004). Intraflagellar transport (IFT) cargo: IFT transports flagellar precursors to the tip and turnover products to the cell body. Journal of Cell Biology, 164(2), 255-266.

149. Redmond, A. K., McLysaght, A. (2021). Evidence for sponges as sister to all other animals from partitioned phylogenomics with mixture models and recoding. Nature Communications, 12, 1783. doi:10.1038/s41467-021-22074-7.

150. Reiswig, H.M. (1975). Bacteria as food for temperate-water marine sponges. Canadian Journal of Zoology, 53, 582-589.

115

151. Riesgo, A., Farrar, N., Windsor, P., Giribet, G., Leys, S. (2014). The analysis of eight transcriptomes from all poriferan classes reveals surprising genetic complexity in sponges. Molecular biology and evolution, 31, 1102-1120.

152. Roshchina, V. (1991). Biomediators in plants. Acetylcholine and biogenic amines. Pushchino: Biological Center of USSR Academy of Sciences.

153. Roshchina, V. (2001). Neurotransmitters in plant life. Plymouth: Science Publ.

154. Roshchina, V. V. (2010). Evolutionary considerations of neurotransmitters in microbial, plant, and animal cells. Microbial endocrinology, 17-52.

155. Sakharov, D. (1990). Integrative function of serotonin common to distantly related invertebrate animals. Gustafsson, M., Reuter, M. (Eds.) The Early Brain (pp. 73-88). Abo: Abo Akademi Press.

156. Salvini-Plawen, L.V. (1978). On the origin and evolution of the lower Metazoa. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, 16(1), 4087.

157. Shahkolahi, A. M., Donahue, M. (1993). Bacterial flora, a possible source of serotonin in the intestine of adult female Ascaris suum. The Journal of parasitology, 17-22.

158. Shishov, V. A., Kirovskaya, T., Kudrin, V., Oleskin, A. (2009). Amine neuromediators, their precursors, and oxidation products in the culture of Escherichia coli K-12. Applied biochemistry and microbiology, 45, 494-497.

159. Shmukler Y.B., Grigoriev, N., Buznikov, G., Turpaev, T. (1986). Regulation of cleavage divisions: participation of "prenervous" neurotransmitters coupled with second messengers. Comparative Biochemistry and Physiology C, 83, 423-427.

160. Simion, P., Philippe, H., Baurain, D., Jager, M., Richter, D. J., et. al. (2017). A large and consistent phylogenomic dataset supports sponges as the sister group to all other animals. Current Biology, 27, 958-967. doi:10.1016/j.cub.2017.02.031

161. Simon, J. C., Marchesi, J., Mougel, C., Selosse, M. (2019). Host-microbiota interactions: from holobiont theory to analysis. Microbiome, 7, 1-5.

162. Slater, G., Birney, E. (2005). Automated generation of heuristics for biological sequence comparison. BMC Bioinformatics, 6, 1-11. doi:10.1186/1471-2105-6-31.

163. Sperling, E. A., Robinson, J. M., Pisani, D., Peterson, K. J. (2010). Where's the glass? Biomarkers, molecular clocks, and microRNAs suggest a 200-Myr missing Precambrian fossil record of siliceous sponge spicules. Geobiology, 8, 2436. doi:10.1111/j.1472-4669.2009.00225.x

164. Strakhovskaya, M., Ivanova, E., Fraikin, G. (1993). Stimulatory effect of serotonin on the growth of the yeast Candida guillermondii and the bacterium Streptococcus faecalis. Microbiology (Russia), 62, 46-49.

165. Strope, T. A. (2020). Characterization of the Microbiome of Freshwater Sponges Undergoing Asexual Reproduction . PhD thesis.

166. Takemoto A., Miyamoto T., Simono F., Kurogi N., Shirae-Kurabayashi M., Awazu A., Suzuki K.T., Yamamoto T., Sakamoto N. (2016) Cilia play a role in breaking left-right symmetry of the sea urchin embryo. Genes Cells. 21(6):568-78. doi: 10.1111/gtc.12362.

167. Terasaki, M. (2000). Dynamics of the endoplasmic reticulum and golgi apparatus during early sea urchin development. Molecular Biology of the Cell, 11, 897-914. doi:10.1091/mbc.11.3.897

168. Tsavkelova, E., Botvinko, I., Kudrin, V., Oleskin, A. (2000). Detection of neurotransmitter amines in microorganisms using of high performance liquid chromatography. Dokl. Akad. Nauk, 372, 115-117.

169. Turlejski, K. (1996). Evolutionary ancient roles of serotonin: Long-lasting regulation of activity and development. Acta Neurobiologiae Experimentalis, 56, 619-636.

170. Umbriaco, D., Anctil, M., Descarries, L. (1990). Serotonin-immunoreactive neurons in the cnidarian Renilla koellikeri. Journal of Comparative Neurology, 291, 167-178.

171. Viswanatha, R., Bretscher, A., Garbett, D. (2014). Dynamics of ezrin and EBP50 in regulating microvilli on the apical aspect of epithelial cells. Biochemical Society Transactions, 42, 189-194.

172. Vogel, S. (1974). Current-induced flow through the sponge, Halichondria. Biological Bulletin, 147, 443-456.

173. Vogel, S. (1977). Current-induced flow through living sponges in nature.

Proceedings of the National Academy of Sciences,, 74, 2069-2071

174. Wada, Y., Mogami, Y., Baba, S. (1997). Modification of ciliary beating in sea urchin larvae induced by neurotransmitters: beat-plane rotation and control of frequency fluctuation. Journal of Experimental Biology, 200, 9-18.

175. Wagner, M., Rajasekaran, A., Hanzel, D., Mayor, S., Rodriguez-Boul, S. (1994). Brefeldin A causes structural and functional alterations of the trans-Golgi network of MDCK cells. Journal of Cell Science, 107, 933-943.

176. Walther, J., Stahlberg, S., Vowinckel, J. (2011). Novel roles for biogenic monoamines: from monoamines in transglutaminase-mediated posttranslational protein modification to monoaminylation deregulation diseases. FEBS Journal, 278, 4740-4755.

177. Wan, J., Zhang, P., Wang, R., Sun, L., Ju, Q., Hu, J. (2018). Comparative physiological responses and transcriptome analysis reveal the roles of melatonin and serotonin in regulating growth and metabolism in Arabidopsis. BMC Plant Biology, 18, 362. doi: 10.1186/s12870-018-1548-2

178. Wayt, J., Bretscher, A. (2014). Cordon Bleu serves as a platform at the basal region of microvilli, where it regulates microvillar length through its WH2 domains.

Molecular biology of the cell, 25, 2817-2827.

179. Welsh, J. (1968). Distribution of serotonin in the nervous system of various animal species. Advances in Pharmacology, 6, 171-188. doi:10.1016/s1054-3589(08)61171-0.

180. Welsh, J.H. (1960). 5-Hydroxytryptamine in coelenterates. Nature, 186, 811-812. doi:10.1038/186811a0.

181. Westfall, J.A., Elliott, S.R., MohanKumar, P.S., Carlin, R.W. (2005). Immunocytochemical evidence for biogenic amines and immunogold labeling of serotonergic synapses in tentacles of Aiptasia pallida (Cnidaria, Anthozoa). Invertebrate Biology, 119, 370-378.

182. Weyrer, S., Rutzler, K., Rieger, R. (1999). Serotonin in Porifera? Evidence from developing Tedania ignis, the Caribbean fire sponge (Demospongiae). Memoirs-Queensland Museum, 44, 659-666.

183. Wood, J.G., Lentz, T. (1964). Histochemical localization of amines in hydra and the sea anemone. Nature, 201, 88-90. doi:10.1038/201088b0

184. Yonge, C.M. (1937). Evolution and adaptation in the digestive system of the Metazoa. Biological Reviews, 12, 87-114.

185. Zhou, F., Roy, S. (2015). SnapShot: motile cilia. Cell, 162, 224e1. doi: 10.1016/j.cell.2015.06.048.

186. Zhou, Z., Wang, L., Shi, X., Yue, F., Wang, M., Zhang, H., Song, L. (2012). The expression of dopa decarboxylase and dopamine beta hydroxylase and their responding to bacterial challenge during the ontogenesis of scallop Chlamys farreri. Fish & Shellfish Immunology, 33, 67-74.

187. Zoli, M., Torri, C., Ferrari, R., Jansson, A., Zini, I., Agnati, L. (1998). The emergence of the volume transmission concept. Brain Research Reviews, 26, 136147.

188. Yoshihiro, M., Keiko, W., Chieko, O., Akemi, K., Baba, S. A. (1992) Regulation of ciliary movement in sea urchin embryos: Dopamine and 5-HT change

119

the swimming behaviour. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Comparative Pharmacology, 101(2), 251-254. doi: 10.1016/0742-8413(92)90269-D

189. Yubuki, N., Leander, B.S. (2013). Evolution of microtubule organizing centers across the tree of eukaryotes. The Plant Journal, 75, 230-244. doi.org/10.1111/tpj.12145.

190. Zega, G., Pennati, R., Fanzago, A., De Bernardi, F. (2004). Serotonin involvement in the metamorphosis of the hydroid Eudendrium racemosum. International Journal of Developmental Biology, 51, 307-313.