Минога - слизистая паразитическая угреподобная рыба, один из двух существующих видов позвоночных, у которых нет челюстей. В то время как многие были бы оттолкнуты от этих существ, миноги интересны биологам, потому что они настолько примитивны, сохраняя многие характеристики, сходные со своими древними предками, и, таким образом, дают ответы на некоторые из самых важных эволюционных вопросов жизни. Теперь, изучая миногу, исследователи Калифорнийского технологического института обнаружили неожиданный механизм эволюции нейронов периферической нервной системы - нервов вне головного и спинного мозга.
Работа была проведена в лаборатории Марианны Броннер, профессора биологии Альберта Биллингса Раддока в Калифорнийском технологическом институте, и опубликована в статье в онлайн-выпуске журнала Nature от 20 марта.
Более десяти лет группа Броннера изучала миногу из-за уникального понимания эволюции позвоночных, которое они предлагают, и особенно эволюции новых структур, таких как челюсти. В ее лаборатории в Калифорнийском технологическом институте содержится одна из очень немногих лабораторных популяций миноги в мире.
Броннера особенно интересовало, как минога сравнивается с другими позвоночными в эволюции ее кишечных нейронов. Эти нейроны контролируют движение мышц для пищеварения и управляют другими аспектами физиологии кишечника, такими как секреция и водный баланс.
«Нас интересовало происхождение нейронов кишечника миноги, потому что у других позвоночных они возникают из определенного типа эмбриональных клеток, называемых клетками нервного гребня», - говорит Стивен Грин, доктор наук в области биологии и биологической инженерии и один из первых автор на бумаге.«Мы знали, что у миноги есть много типов клеток нервного гребня, но мы мало знали о том, какие клетки дают начало нейронам кишечника».
Клетки нервного гребня представляют собой разновидность стволовых клеток; во время эмбрионального развития позвоночных они в конечном итоге дифференцируются в специализированные клетки, такие как те, которые образуют клетки лицевого скелета, или те, которые создают пигментные клетки. В частности, известно, что популяция, называемая клетками блуждающего нервного гребня, становится нейронами кишечника. Но Броннер и ее команда заметили, что, хотя у зрелой миноги есть нейроны кишечника, как и у других позвоночных, у эмбрионов миноги эти клетки блуждающего нерва отсутствуют.
«У взрослой миноги есть нейроны кишечника, но мы не смогли найти клетки-предшественники блуждающего нерва», - говорит Броннер. «Итак, откуда берутся нейроны кишечника?»
Чтобы выяснить это, команда черпала вдохновение из исследований мышей, у которых из-за мутации отсутствуют клетки блуждающего нервного гребня. Однако у мышей есть небольшое количество кишечных нейронов из неожиданного источника - клеток, называемых предшественниками шванновских клеток (SCP). SCP существуют вдоль нервов, идущих от позвоночника к различным частям тела. Известно, что эти клетки превращаются в клетки Шванна, образующие защитный барьер вокруг нервов.
Броннер и ее команда флуоресцентно пометили эти клетки у эмбрионов миноги и обнаружили, что во время развития клетки мигрировали от позвоночника к кишечнику. Конечно же, некоторые из этих SCP превратились в кишечные нейроны.
«Наши результаты показывают, что нейроны кишечника у древних позвоночных, возможно, произошли преимущественно от SCP, и что количество этих первоначальных нейронов кишечника позже превзошло количество нейронов, возникших из клеток блуждающего нервного гребня», - говорит Грин. «У миног относительно простой кишечник, без петель и с небольшим количеством нейронов. Мы предполагаем, что клетки блуждающего нервного гребня могут быть необходимы для более сложного кишечника высших позвоночных, таких как мыши и люди».
Доклад озаглавлен «Древнее эволюционное происхождение кишечных нейронов позвоночных из стволового нервного гребня».