Эти мышечные клетки — ориентиры, которые помогают регенерирующим плоским червям отрастить глаза

By Александр Бойко No comments

Эти мышечные клетки - ориентиры, которые помогают регенеративным плоским червям отрастить глаза
Флуоресцентное изображение зрительной системы планарий Schmidtea mediterranea. Зрительные аксоны и фоторецепторные нейроны показаны в голубых клетках-указателях, показанных в пурпурном. Предоставлено: Lucila Scimone, Whitehead Institute.

Если что-нибудь случится с глазами крошечного, обитающего в пресной воде планария Schmidtea mediterranea, они могут вырастить их в течение нескольких дней. Как они это делают — научная головоломка, которую лаборатория Питера Реддиена в Институте Уайтхеда изучает уже много лет.

Последний проект лаборатории предлагает некоторое понимание: в статье, опубликованной в Science 26 июня, исследователи в лаборатории Реддиена определили новый тип клеток, который, вероятно, служит ориентиром для помощи в маршрутизации аксонов от глаза на мозг, поскольку черви завершают трудную задачу восстановления их нервной системы.

Глаза Schmidtea mediterranea состоят из захватывающих свет фоторецепторных нейронов, соединенных с мозгом с помощью длинных веретенообразных отростков, называемых аксонами. Они используют свои глаза, чтобы реагировать на свет, чтобы помочь ориентироваться в окружающей среде.

Черви, которые являются популярными моделями исследований регенерации, могут вырастить практически любую часть своего тела; глаза — интересная часть для изучения, потому что регенерация зрительной системы требует, чтобы черви переплетали свои нейроны, чтобы соединить их с мозгом.

Когда у эмбрионов развиваются нервные системы, первые нервные волокна, называемые первыми аксонами, проникают сквозь ткани, образуя схемы, необходимые для восприятия и интерпретации внешних раздражителей. Аксонам на этом пути помогают специализированные клетки, называемые клетками-указателями. Эти специальные ячейки расположены в точках выбора — местах, где путь аксона может проходить в разных направлениях.

Во многих организмах эти клетки-указатели больше не являются приоритетными после завершения разработки и, как правило, не обновляются в зрелом возрасте. Это одна из причин, почему, когда люди испытывают повреждение мозга или нервов, травма обычно носит постоянный характер.

«Это фундаментальная загадка регенерации, о которой мы даже не думали», — говорит Реддиен, старший автор статьи, профессор биологии Массачусетского технологического института и исследователь Говарда Хьюза. Медицинский институт им. «Как взрослое животное может регенерировать функциональную нервную систему, если первоначальное развитие нервной системы обычно включает ряд сигналов, которые считаются преходящими?»

Затем, в 2018 году, ученый из Reddien Lab Люсила Шимоне нашла что-то удивительное для взрослых планариев: группы таинственных клеток, которые выглядели так, как будто они могли играть роль в управлении растущими аксонами. Она заметила эту группу клеток, потому что они совместно экспрессировали два гена, которые не часто видели вместе, а некоторые были заметно ближе к глазам.

«Я был пленен этими камерами», — говорит она. Они появлялись в очень небольших количествах (у нормального червя могло быть около 5; у большого червя могло быть до 10) у каждого планария, которого она исследовала. Они были разделены на две отдельные группы: некоторые вокруг глаз плоских червей, а другие разнесены вдоль пути к мозговому центру. Когда она проследила путь существующих аксонов, ведущих от глаз планарий к их мозгу, они совпали с положением этих клеток без исключения.


Эти мышечные клетки являются ориентиром, чтобы помочь регенерирующим плоским червям отрастить глаза
Мышечные направляющие, похожие на клетки (пурпурные), соединяются с аксонами планарной зрительной системы желтым цветом. Синий, ядра. Предоставлено: M. Lucila Scimone, Deniz Atabay, Peter Reddien, MIT, Whitehead Institute.

Когда исследователи охарактеризовали клетки, они обнаружили, что они не экспрессируют ни один из генов, которые являются отличительными чертами фоторецепторных нейронов; вместо этого у них были маркеры, часто обнаруживаемые в мышечной ткани. «Это было очень поразительно, потому что мышечные клетки — это не то, что они делают у большинства животных», — говорит Скимоне.

В других организмах клетки-указатели часто представляют собой нейроны или глию. Для мышечных клеток было бы необычно служить ориентиром; но прошедшая работа в лаборатории Reddien показала, что планарные мышечные клетки играют другие особые роли, такие как секретирование внеклеточного матрикса. Теперь исследователи задались вопросом, могут ли они добавить роль направляющей стойки к длинному списку функций планарных мышечных клеток.

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи разработали серию экспериментов. «Мы разработали метод трансплантации глаза, при котором вы можете отвести глаз от животного и пересадить его другому животному», — говорит постдок из Reddien Lab Кутай Дениз Атабай. «Когда вы сделаете это, проекции аксонов из этого глаза будут, в случае правильного расположения, правильно соединяться с мозгом, создавая функциональное состояние»,

Исследователи также создали генно-инженерных планарий, которые имели мышечные клетки, но не имели глаз, а затем пересадили глаза на их безглазые головы. Конечно же, нейроны росли как обычно, подкрадываясь к клеткам и корректируя их траектории после встречи с ними.

Без камер это была бы другая история. Когда исследователи пересаживали глаза в отдаленные части тела планарий без популяции этих мышечных клеток, нейроны фоторецепторов не соединялись с центром мозга. Точно так же, когда они пересаживали глаза в планарий, которые были изменены, чтобы не иметь этих мышечных клеток, их нейроны фоторецепторов все еще росли — но они не подключались должным образом к мозгу.

Эти данные в совокупности свидетельствуют о том, что клетки полностью независимы от зрительной системы — они не формировались из-за глаз или нейронов фоторецепторов, но, вероятно, утвердились до того, как нейроны выросли, — что дало больше доказательств роли контрольной точки.

Подобная ориентиру активность этих клеток заставила задуматься: как сами клетки узнают, где находиться? «Мы обнаружили, что в мышцах есть паттерн сигнальных молекул, который определяет, где эти клетки должны быть», — говорит Реддиен. «Если мы нарушаем глобальную позиционную информацию системы, эти ячейки помещаются в неправильные позиции, а затем аксоны переходят в неправильные позиции — поэтому мы думаем, что существует позиционная информационная структура, которая размещает клетки во время регенерации и которая позволяет им работать в качестве ориентира в правильных местах. «

На данный момент исследователи не знают точно, как клетки могут связываться с растущими аксонами, чтобы служить ориентирами. Они могут высвобождать какую-то сигнальную молекулу, которая притягивает аксоны, или они могут связываться, используя трансмембранные белки.

«Это будет захватывающее направление на будущее», — говорит Реддиен. «Теперь мы определили транскриптом для клеток, что означает, что мы знаем все гены, которые экспрессируют эти клетки. Это дает нам интригующий список генов, которые можно исследовать функционально, чтобы попытаться выяснить, какие из них опосредуют функции этих клетки «.

Это исследование является шагом вперед в основной работе, направленной на расширение возможностей регенеративной медицины. «Представьте себе сценарий, когда кто-то испытывает травму спинного мозга, травму глаза или инсульт, что приводит к потере нервной системы», — говорит Атабай. «Причина, по которой мы не можем полностью вылечить эти случаи сегодня, заключается в том, что нам не хватает фундаментальной информации о том, как эти системы могут регенерировать. Рассмотрение регенеративных организмов дает много понимания. Из этого случая мы видим, что регенерации потерянной системы может быть недостаточно. ; вам также может понадобиться восстановить системы, которые правильно структурируют эту систему. «/p>

Добавить комментарий