Биологи узнали, как у аксолотля регенерирует мозг

Данное исследование потенциально когда-нибудь (скорее всего, спустя десятилетия) поможет стимулировать регенерацию у людей участков мозга, поврежденных в результате инсульта, травм или при удалении опухолей...

Аксолотль — амфибия, способная к размножению в форме личинки — обладает потрясающими возможностями к регенерации. В новой статье ученые выяснили молекулярные механизмы, благодаря которым аксолотлю удается восстанавливать мозг даже после удаления его значительной части.

Аксолотль — животное удивительное уже само по себе, ведь оно представляет собой неотеническую форму амфибии, известной под названием амбистома. Это означает, что в процессе эволюции аксолотли научились размножаться, задерживаясь на личиночной стадии развития и обходясь без метаморфоза, который превращает их во взрослую особь.

Неотени?я (др.-греч. ???? — юный, ??????? — растягивать) — явление, наблюдаемое у некоторых членистоногих, червей, земноводных, а также у многих растений, при котором достижение половозрелости и окончание онтогенеза происходит на ранних стадиях развития, например, на личиночной стадии. При этом особь может достигать взрослой стадии или не достигать её.

Однако уникальная амфибия имеет и другую «суперспособность» — речь идет о ее фантастической регенерации. Аксолотлю ничего не стоит не только заживить тяжелые раны, но и отрастить утраченные конечности, хвост, сердце и даже мозг. В том числе поэтому этот родич саламандр оказался популярным объектом биологических исследований.

В статье для ведущего научного журнала Science ученые описывают молекулярные механизмы регенерации аксолотля мексиканской амбистомы, а именно — его поврежденного мозга.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

По этому случаю его фото даже красуется на обложке этого престижного издания.

Сама возможность амфибии к воссозданию наиболее сложного органа — не новость: о ней биологи узнали еще в далеком 1964 году. Тогда удалось показать, что аксолотлю не страшна потеря части мозга (даже довольно крупной), ведь она довольно быстро восстанавливается. - cм.

https://medicalxpress.com/news/2022-09-axolotls-regenerate-brains-revealing-secrets.html

В то же время биологи полагали, что аксолотль не может в полной мере воссоздать структуру утраченных тканей мозга.

Этим вопросом занялись авторы новой публикации — исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (Швейцария) и Института молекулярной патологии (Австрия), которые изучают процесс регенерации тканей на молекулярном уровне. В данном случае их интересовало, сможет ли аксолотль создать заново все те различные типы клеток, которые имелись в удаленной части его мозга, — то есть будет ли новый орган структурно полноценным.

К проблеме авторы подошли основательно — ранее они даже опубликовали анатомический атлас мозга этой амфибии. В итоге стало известно много нового и о причинах ее регенеративной способности, и об эволюционном прошлом вида Ambystoma mexicanum.

Чтобы точно знать, с какими тканями и клеткам они имеют дело и получить картину происходящего в высоком разрешении, биологи обратились к методу транскриптомики одиночных клеток (single-cell RNA sequencing, scRNA-seq - см. о данном методе

https://genomemedicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13073-017-0467-4 ).

В отличие от изучения морфологии нейронов и даже их биохимических маркеров, эта методика чрезвычайно точна. В разных клетках в определенный момент времени работают конкретные гены — об этом позволяют судить молекулы РНК, которые анализируют при помощи scRNA-seq.

Ранее эта передовая методика применялась к рыбам, пресмыкающимся, мышам и людям, но не амфибиям — и новая публикация восполнила пробел.

Авторы сосредоточили свое внимание на определенной части мозга, так называемом конечном мозге, или теленцефалоне. У человека и других млекопитающих к этому отделу относят большие полушария, ответственные за самые сложные поведенческие и когнитивные функции.

В процессе эволюции теленцефалон претерпел сильные изменения — стал намного больше и сложнее. Однако у всех позвоночных он имеет общее происхождение, поэтому, изучая его развитие на примере аксолотля, мы узнаем и об эволюции мозга человека.

Транскриптомику одиночных клеток авторы применили к различным клеткам в конечном мозге, включая недифференцированные, нейробласты. Они либо воспроизводят сами себя, либо становятся новыми нейронами — иными словами, благодаря им нервные клетки успешно восстанавливаются.

Итак, биологи выяснили, какие именно гены активны в клетках-предшественниках, когда те превращаются в нейроны. Оказалось, такая дифференциация происходит через стадию особых промежуточных клеток, о которых ранее не было известно. После удаления части конечного мозга аксолотля ученые наблюдали его регенерацию в течение 12 недель и отмечали появление новых популяций клеток по характерным паттернам экспрессии генов в них.

Выяснилось, что аксолотль и правда успешно и в полной мере восстанавливает ткани поврежденного и даже частично утраченного мозга — для этого у амфибии имеется сложная и многостадийная регуляция процесса регенерации мозга.

На первой стадии регенерации увеличивается число клеток-предшественниц, часть из них инициирует заживление раны. На второй — эти клетки начинают дифференцироваться в нейробласты. На третьей, завершающей стадии нейробласты дают начало специализированным клеткам, которые в точности соответствуют исходным нейронам — и аксолотль возвращает себе полноценный мозг.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

Источник русского текста: https://naked-science.ru/article/biology/axolotl-regrow-brain

Третья иллюстрация: при повреждении головного мозга в выделенной области левого полушария быстро образовывалась субпопуляция нейрональных предшественников в месте раны, которая впоследствии восполняла утраченные нейроны (внизу справа) посредством процесса, который частично напоминает нейрогенез во время развития (вверху справа).

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

Источник: www.science.org

Комментарии: