Mechanismen van weke delen en eiwitbehoud bij Tyrannosaurus rex

het bestaande begrip dat weke weefselarchitecturen en inheemse proteã nen over geologische tijd kunnen worden behouden is controversieel aangezien methodes van dergelijk behoud moeten worden onderzocht en goed-gedefinieerd. In een nieuwe studie testten Elizabeth M. Boatman en collega ‘ s van de afdelingen Engineering, paleontologie, Biologische Wetenschap, materialen en techniek en de geavanceerde lichtbron in de VS crosslinking-mechanismen voor geconserveerde weefselarchitectuur. Ze gebruikten twee niet-enzymatische, structurele eiwitmechanismen, Fenton chemie en glycatie om hun mogelijke bijdragen aan het behoud van bloedvatstructuren hersteld uit het corticale bot van Tyrannosaurus rex (T. rex; USNM 555 000, voorheen MOR 555) aan te tonen. Zij demonstreerden de endogene (willekeur) van de fossiele vaatweefsels en de aanwezigheid van type I collageen in de buitenste vaatlagen gebruikend weergave, diffractie, spectroscopie en immunohistochemie.

ze hebben gegevens afgeleid van synchrotron Fourier transform infrared (SR-FTIR) studies op de T. rex vaartuigen om hun crosslinking karakter te analyseren en vergeleken hen met controle Kip monsters op dezelfde wijze behandeld met de twee technieken. De onderzoekers verstrekten X-ray microprobe analyses van de chemische staat van de fossiele weefsels om vatbehoud van T. rex te steunen, zoals waargenomen gebruikend de methodes van onderzoek. Boatman et al. stel voor dat het waargenomen Weefsel stabiliserende crosslinks een belangrijke rol zal spelen om extra microvasculaire weefsels in skeletachtige elementen uit het Mesozoïcum tijdperk te behouden. Het werk wordt nu gepubliceerd op basis van Wetenschappelijke Rapporten.

paleontologen hebben holle, buigzame en transparante vaten-achtige structuren teruggevonden van skeletelementen van fossiele gewervelde dieren, waaronder niet-aviaire dinosaurussen, en hebben vele technieken toegepast om hun endogene eiwitten zoals collageen en elastine te identificeren. De onderzoekers hadden massa-spectroscopie het rangschikken gebruikt om geïsoleerde schepen te identificeren die van niet-avian dinosaurussen worden teruggekregen om de aanwezigheid van gewervelde-specifieke vasculaire proteã nen in het verleden te steunen. Bijvoorbeeld, documenteerden zij het keurmerk 67-nanometer-banding patroon typisch voor type I collageen na het bevrijden van het eiwit via demineralisatie, gevolgd door aanvullende studies om de aanwezigheid van type I collageen in vasculaire kanalen van een sauropode dinosaurus rib van ongeveer 190 miljoen jaar geleden met behulp van FTIR en Raman analyse te verifiëren. Terwijl onderzoeksteams een verscheidenheid aan methoden hadden ontwikkeld om onverwachte bewaring te verklaren, moeten experimentele tests van voorgestelde mechanismen nog routinematig en breed worden uitgevoerd.

in het huidige werk, Boatman et al. identificeerde en testte de mogelijke bijdrage van een reeks experimenten om de vessel-achtige architectuur van het compacte bot van een Tyrannosaurus rex fossiel te behouden. Ze verwachten dat het werk een mogelijke basis legt voor aanvullende studies over het behoud van zachte weefsels uit het Mesozoïcum of meer recente fossielen. De wanden van gewervelde bloedvaten bevatten drie verschillende lagen, waaronder de tunica intima (binnenste), tunica media en tunica externa (buitenste laag). Vanwege hun unieke moleculaire samenstellingen, kunnen wetenschappers de bestanddelen morfologisch en chemisch onderscheiden. Bijvoorbeeld, is elastine een spiraalvormige proteã ne specifiek voor gewervelde dieren die weerstand tegen drukveranderingen in de vaatwanden aanbiedt. Collageen is ook gewerveld-specifiek en vormt een overheersende fractie van bloedvaten om als hun structurele stichting te dienen. Aangezien elastine en collageen kenmerken bevatten die herkenbaar zijn aan de moleculaire structuur en samenstelling, Boatman et al. voorgesteld om de twee eiwitten in de overgebleven dinosaurusvaten te bestuderen.

het onderzoeksteam stelde een hypothese op over de bijdrage van vroege diagenetische (fysische en chemische) processen aan de overleving van T. rex microvasculatuur van deep-time. Om dit te testen, Boatman et al. eerst uitgevoerd SR-FTIR analyse om crosslink karakter te begrijpen in hun controle monster van kip type I collageen eiwit. Zij veroorzaakte crosslinks in de proteã ne gebruikend Fenton-reagens of ion-gekatalyseerde die glycationtechnieken door het gebruik van transmissie SR-FTIR worden gevolgd om elk weefsel te testen. Zij merkten de intramoleculaire dwarsverbindingen die in de kippenweefsels worden gevormd om onrijp toe te schrijven aan hun gebrek aan blootstelling aan wegen noodzakelijk zijn om intermoleculaire dwarsverbindingen of geavanceerde glycationeindproducten (leeftijden) te vormen.

om de architectuur van het T. rex-vat op endogene eiwitten te testen, bevrijdden de wetenschappers drie typen vaten uit een gedemineraliseerd T. rex-corticaal bot. Zij gebruikten toen zichtbare lichte microscopie (VLM) om hen te karakteriseren zoals:

1. uitgebreide, bruine plooibare netwerken
2. gefragmenteerde ondoorzichtige structuren
3. gefragmenteerde semi-doorschijnende structuren

zij koppelden energie-dispersieve X-ray spectroscopie (EDS) aan scanning elektronenmicroscopie (SEM) en micro-gerichte X-ray fluorescentie (µXRF) spectroscopie om de verschillen te bevestigen die werden waargenomen in weefselmonsters van verschillende samenstelling. Het team richtte zich op de buigzame vaatnetwerken vanwege hun vergelijkbaar met bestaande botweefsel, die vermoedelijk minimale verandering behield.

wanneer Boatman et al. bestudeerde de buigzame T-rex schepen met behulp van SEM, ze waargenomen vezelachtige structuren over hun buitenste oppervlak. De gecombineerde kenmerken kwamen overeen met die welke werden waargenomen in bestaande vaten die vrijkwamen uit corticaal bot en met fibrillair collageen. Het team analyseerde het SR-FTIR-spectrum van T-rex-schepen om de dominante banden te detecteren die in zowel behandelde bestaande als oude weefsels worden waargenomen. Met name werd de amide I-band voor het dinosaurusweefsel gelokaliseerd op een overheersende α-helixstructuur die consistent is met volwassen (crosslinked) fibrillair collageen. Het onderzoeksteam voerde toen immunohistochemie (IHC) studies uit om eiwit-specifieke epitopen van de structurele proteã NEN elastine en type I collageen te identificeren.

de wetenschappers hieven antilichamen op tegen alle componenten van de bestaande vasculatuur om positieve binding in de muren van de dinosaurusvaten te observeren. Gebruikend een fluorescente filter, veroverden zij de lokalisatie en distributie van antilichaam-antigeencomplexen (groene fluorescentie). De reactie van de dinosaurusschepen op actin antilichamen verscheen als een dunne en gelijk verdeelde laag. Antilichamen tegen het spiereiwit tropomyosine verschenen met grotere intensiteit op de vaatwanden. De dinosaurusschepen wezen ook op de aanwezigheid van type I collageenantilichamen, hoewel elastineantilichamen een grotere intensiteit vertoonden. De twee proteã nen waren goede doelen voor fossiele studies toe te schrijven aan hoge evolutionaire behoud in bepaalde gebieden. Ze hebben geen reactiviteit waargenomen van dinosaurusvaten tegen antilichamen tegen bacteriële peptidoglycaan (wat wijst op geen microbiële contaminatie).

Boatman et al. testte T. rex-vesselstructuren om te begrijpen of post-mortem structurele eiwit crosslinking hun weerstand tegen degradatie of diagenetische veranderingen verbeterde. Voor dit, concentreerden zij zich op fibrillar collageen gebruikend SR-FTIR transmissiespectra om post-mortem crosslinking tijdens het proces van het behoud van de weefselarchitectuur voor te stellen. Deze spectrale kenmerken werden eerder opgenomen, maar niet besproken met vroege Jurassische sauropodomorfen en krijt botten. De wetenschappers vervolgens behandeld bulk T. rex-weefsel met natriumborohydride (NaBH4) om carbonylgroepen binnen onrijpe dwarsverbindingen te verminderen en de absorptieintensiteit van niet-peptide carbonyl te verhogen. De koolhydraatabsorptiebanden in het T-rex-Weefsel kwamen overeen met de leeftijden (geavanceerde glycatie-eindproducten). Na de behandeling suggereerden de gegevens dat T-rex-weefsels zowel intramoleculaire als intermoleculaire crosslink-types bevatten.

toen de wetenschappers de elementen in het weefsel in kaart brachten met behulp van µXRF, bleek ijzer (Fe) het enige metaal dat geconcentreerd was in de weefsels van het dinosaurusvat, terwijl ze barium (Ba) registreerden in de halfdoorschijnende afgietsels van het vat. Gebruikend uitgebreide micro X-ray absorptie near-edge structuur microscopie, merkten zij Fe3+ ingebed in de vaatwanden. De onderzoekers toonden de aanwezigheid aan van fijn kristallijne goethiet (α-FeO (OH)); een mineraal dat eerder werd ontdekt in vaatweefsels, teruggevonden in twee verschillende dinosaurusspecimens.

op deze manier, Elizabeth M. Boatman en collega ‘ s demonstreerden de aanwezigheid van gewervelde-soorten endogene eiwitten in weke delen dinosaurus structuren. Dit omvatte de aanwezigheid van type I collageen consistent met de vasculatuur in bestaande gewervelde dieren. De gegevens steunden een mechanisme in twee stappen dat biomoleculen en vaatarchitectuur na de dood van het organisme stabiliseerde, om hun behoud binnen skeletachtige elementen te bevorderen. Het team veronderstelde dat ijzer-gemedieerde Fenton en glycatie routes kunnen hebben bijgedragen aan verbeterde T. rex Weefsel levensduur van elastine en fibrillair collageen in en rond bloedvaten. Beide processen zouden door transitiemetaalspecies zoals ijzer kunnen worden gekatalyseerd om de centrale rol van Fe te definiëren die in structureel eiwit crosslinking wordt waargenomen. De vorming van ijzeroxyhydroxide precipiteert in het werk volledig ondersteund dit idee.

de gegevens vertegenwoordigen de eerste uitgebreide chemische en moleculaire karakterisering van vasculaire weefsels die zijn teruggevonden in het T. rex-specimen USNM 555000. De resultaten werpen licht op de mogelijke processen van fossilisatie op moleculair niveau. De onderzoekers stellen zich voor dat de gedemonstreerde technieken zullen bijdragen aan de ontwikkeling van uitgebreide mechanismen om de overleving van vasculair weefsel consistent te behouden vanaf de diepe tijd.