Работая с рыбами, птицами и мышами, исследователи из Университета Джона Хопкинса сообщают о новых доказательствах того, что естественная способность некоторых животных восстанавливать нейроны не отсутствует, а вместо этого инактивируется у млекопитающих. В частности, исследователи обнаружили, что некоторые генетические пути, которые позволяют многим рыбам и другим хладнокровным животным восстанавливать специализированные глазные нейроны после травмы, остаются присутствующими и у млекопитающих, но они отключены, блокируя регенерацию и заживление.
Описание исследования, опубликованное онлайн журналом Science 1 октября, предлагает лучшее понимание того, как гены, контролирующие регенерацию, сохраняются у разных видов, а также как они функционируют. Это может помочь ученым разработать способы выращивания клеток, потерянных из-за наследственной слепоты и других нейродегенеративных заболеваний.
«В целом наше исследование показывает, что у млекопитающих, включая людей, есть потенциал для регенерации, но некоторое эволюционное давление отключило его», - говорит Сет Блэкшоу, доктор философии, профессор нейробиологии в Университете Джона Хопкинса. Школа медицины. «На самом деле регенерация, похоже, является статусом по умолчанию, и потеря этой способности происходила в нескольких точках эволюционного дерева», - говорит он.
Для исследования команда Блэкшоу сосредоточилась на поддерживающих клетках в задней части глаза. У рыбок данио, стандартной лабораторной модели, геном которой хорошо определен, эти клетки, известные как мюллеровская глия, реагируют и восстанавливают светочувствительную сетчатку, выращивая новые клетки в центральной нервной системе, называемые нейронами. Регенеративные способности рыбок данио распространяются не только на отрастание тканей глаза, но и на другие части тела, включая плавники, хвосты и некоторые внутренние органы.
Сетчатка является хорошим полигоном для картирования генетической активности, объясняет Блэкшоу, потому что она содержит структуры, общие для других клеток нервной системы. Более того, в предыдущих исследованиях ученые обнаружили, что генетические сети в сетчатке хорошо сохраняются у разных видов, поэтому возможны сравнения между рыбами, птицами, мышами и даже людьми.
Для новых экспериментов исследователи из Университета Джона Хопкинса создали повреждения сетчатки у рыбок данио, кур и мышей. Затем они использовали мощные микроскопы и ранее разработанный инструмент для картирования генов, чтобы наблюдать за реакцией поддерживающих клеток глии Мюллера.
Блэкшоу сказал, что команда была удивлена, обнаружив сразу после травмы, что клетки каждого из трех видов вели себя одинаково: они вошли в «активное состояние», характеризующееся активацией определенных генов, некоторые из которые контролируют воспаление.
Это активное состояние, говорит Блэкшоу, в первую очередь помогает сдержать травму и посылает сигналы клеткам иммунной системы для борьбы с чужеродными захватчиками, такими как бактерии, или для очистки поврежденных тканей.
За пределами этого шага, однако, ответы видов разошлись.
У рыбок данио активная мюллерова глия начала включать сеть факторов транскрипции, которые контролируют, какие гены «включены» и «выключены». В текущем эксперименте факторы транскрипции NFI активировали гены, которые связаны со зрелостью клеток, отправляя клетки Мюллеровой глии назад во времени развития в более примитивное состояние, что затем позволяет им развиваться во множество различных типов клеток. Затем глия Мюллера «дифференцировалась» в новые клетки, чтобы заменить клетки, утраченные в результате травмы.
Напротив, исследовательская группа обнаружила, что куры с поврежденной сетчаткой активируют только некоторые из «переключателей управления генами» фактора транскрипции, которые включены у рыбок данио. Таким образом, у цыплят гораздо меньше возможностей для создания новой мюллеровой глии и других нейронов в глазу после травмы.
Наконец, исследователи изучили реакцию мышей на травму. Мыши разделяют подавляющее большинство своей ДНК с людьми, и их глаза похожи на человеческие глаза. Исследователи обнаружили, что поврежденная Мюллерова глия у мышей оставалась в первом «активном» состоянии в течение нескольких дней, намного дольше, чем 8-12 часов, в течение которых рыбки данио находятся в этом состоянии, и все же никогда не приобретали способность создавать новые нейроны.
Мюллеровская глия у всех трех видов также экспрессирует высокие уровни факторов транскрипции ядерного фактора I (NFI), но быстро отключает их после повреждения. У мышей, однако, гены NFI вскоре после этого снова включаются и активно блокируют глию Мюллера от генерации нейронов.
Исследователи, к своему удивлению, говорят, что те же самые гены, которые позволяли клеткам рыбок данио регенерировать, были «запущены и готовы к работе» в мышином глазу, но что «включенный» транскрипционный фактор никогда не был задействован. активирован. Вместо этого факторы NFI активно блокируют регенеративный потенциал клеток.
Блэкшоу подозревает, что животные с более высоким потенциалом развития заболеваний головного мозга и других неврологических тканей могли утратить способность защищать и стабилизировать другие клетки мозга с течением времени эволюции. «Например, мы знаем, что некоторые вирусы, бактерии и даже паразиты могут инфицировать мозг. Было бы катастрофой, если бы инфицированным клеткам мозга позволили расти и распространять инфекцию через нервную систему», - говорит Блэкшоу.
Теперь, имея более подробную карту клеточного ответа на повреждение и восстановление нейронов, ученые могут найти способ активировать регенеративные способности, скрытые в ДНК человека, говорит Блэкшоу.
Видео: