Эти мышечные клетки служат ориентирами, помогающими регенерирующим плоским червям отрастить глаза.

Если что-нибудь случится с глазами крошечной пресноводной планарии Schmidtea mediterranea, они смогут вырастить ее снова в течение нескольких дней. Как они это делают – это научная загадка, которую лаборатория Питера Реддина в Институте Уайтхеда изучала в течение многих лет.

Последний проект лаборатории предлагает некоторое понимание: в статье, опубликованной в журнале Science 26 июня, исследователи из лаборатории Реддиена определили новый тип клеток, которые, вероятно, служат ориентиром, помогающим направлять аксоны от глаз к мозгу, когда черви завершают трудную задачу. задача восстановления их нейронной схемы .

Глаза Schmidtea mediterranea состоят из светозахватывающих фоторецепторных нейронов, связанных с мозгом длинными веретенообразными отростками, называемыми аксонами. Они используют свои глаза, чтобы реагировать на свет, чтобы помочь ориентироваться в окружающей среде.

Черви, которые являются популярными моделями для исследований в области регенерации, могут отрастить практически любую часть своего тела; глаза – интересная часть для изучения, потому что регенерация зрительной системы черви должны перепрограммировать свои нейроны, чтобы соединить их с мозгом.

Когда нервные системы развиваются у эмбрионов, первые нервные волокна, называемые первичными аксонами, пробираются сквозь ткань, образуя схему, необходимую для восприятия и интерпретации внешних стимулов. Аксонам помогают на своем пути специализированные клетки, называемые направляющими клетками. Эти особые клетки расположены в точках выбора – местах, где путь аксона может разветвляться в разных направлениях.

У многих организмов эти клетки-ориентиры больше не являются приоритетом после завершения развития и обычно не обновляются в зрелом возрасте. Это одна из причин, почему, когда люди испытывают повреждение мозга или нервов, травма обычно необратима.

«Это фундаментальная загадка регенерации, о которой мы даже не задумывались», – говорит Реддин, старший автор статьи, который также является профессором биологии в Массачусетском технологическом институте и исследователем Медицинского института Говарда Хьюза. «Как может взрослое животное регенерировать функциональную нервную систему, если первоначальное развитие нервной системы обычно включает в себя ряд сигналов, которые считаются временными?»

Затем, в 2018 году, ученый Reddien Lab Люсила Шимоне обнаружила у взрослых планарий нечто удивительное: группы загадочных 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 встречаются вместе, и некоторые из них были заметно близки к глазам.

«Я была очарована этими клетками», – говорит она. Они появлялись в очень небольшом количестве (у обычного червя может быть около 5, у большого – до 10) у каждой исследованной ею планарии. Они были разделены на две отдельные группы: одни располагались вокруг глаз плоских червей, а другие располагались вдоль пути к центру мозга. Когда она проследила путь существующих аксонов, ведущих от глаз планарий к их мозгу, они без исключения совпали с положениями этих клеток.

Клетки, похожие на мышечные направляющие (пурпурный), присоединяются к аксонам зрительной системы планарии, отмеченным желтым цветом. Синий, ядра. Предоставлено: М. Люсила Шимоне, Дениз Атабай, Питер Реддин, Массачусетский технологический институт, Институт Уайтхеда.
Когда исследователи охарактеризовали клетки, они обнаружили, что они не экспрессируют ни одного 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.

У других организмов направляющими клетками часто являются нейроны или глия. Было бы необычно, чтобы мышечные клетки служили ориентирами; но прошлые работы в Reddien Lab показали, что мышечные клетки планарии играют и другие особые роли, такие как секретирование внеклеточного матрикса. Теперь исследователи задавались вопросом, могут ли они добавить роль ориентира к длинному списку функций мышечных клеток планарии.

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи разработали серию экспериментов. «Мы разработали метод трансплантации глаза, при котором вы можете взять глаз у животного и пересадить его другому животному», – говорит постдок Reddien Lab Кутай Дениз Атабай. «Когда вы это сделаете, проекции аксонов из этого глаза будут в основном, при правильном расположении, правильно подключаться к мозгу, создавая функциональное состояние»,

Исследователи также создали генно-инженерных планарий с мышечными клетками, но без глаз, а затем трансплантировали глаза на их безглазые головы. Разумеется, нейроны росли как обычно, извиваясь к клеткам, а затем корректируя их траектории после встречи с ними.

Без клеток все было иначе. Когда исследователи трансплантировали глаза в отдаленные части тела планарий без популяции этих мышечных клеток, фоторецепторные нейроны не соединялись с центром мозга. Точно так же, когда они трансплантировали глаза планариям, которые были модифицированы так, чтобы не иметь этих мышечных клеток , их фоторецепторные нейроны все еще росли, но они не соединялись должным образом, чтобы достичь мозга.

В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что клетки были полностью независимы от зрительной системы – они образовались не из-за глаз или фоторецепторных нейронов, но, вероятно, сформировались до того, как нейроны выросли, – что предоставило больше доказательств роли ориентира.

Затем активность этих клеток наподобие указателя порождает вопрос: откуда сами клетки знают, где им находиться? «Мы обнаружили, что в мышцах есть паттерн сигнальных молекул, которые устанавливаются там, где должны быть эти клетки», – говорит Реддин. «Если мы нарушим глобальную позиционную информацию системы, эти клетки будут размещены в неправильных положениях, а затем аксоны перейдут в неправильные положения – поэтому мы думаем, что существует позиционная информационная структура, которая размещает клетки во время регенерации и позволяет им работать в качестве ориентира в правильных местах “.

На данный момент исследователи не знают точно, как клетки могут общаться с растущими аксонами, чтобы служить ориентирами. Они могли выпускать какую-то сигнальную молекулу, которая привлекает аксоны, или они могли общаться с помощью трансмембранных белков.

«Это будет захватывающим направлением на будущее», – говорит Реддин. «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 увидеть, какие из них опосредуют функции этих клеток. клетки «.

Это исследование является шагом вперед в работе, направленной на расширение возможностей регенеративной медицины. «Представьте себе сценарий, в котором кто-то получает травму спинного мозга, глаз или инсульт, который приводит к потере нервной цепи», – 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 восстанавливаться. Рассмотрение регенерирующих организмов дает много идей. Из этого случая мы видим, что восстановления утраченной системы может быть недостаточно ; вам также может потребоваться регенерировать системы, которые правильно моделируют эту систему “.

услуги нутрициологаАвтор сайта и статей: Наталья Степанова, нутрициолог-психолог, консультант по питанию и коррекции веса. Подробнее обо мне

Я в соц. сетях: Vk, Instagram.

Рейтинг
Еще статьи нутрициолога:
Adblock
detector