Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 102: искусственная регенерация в сетчатке позволила слепым животным увидеть свет

Американским нейробиологам впервые удалось «пробудить» регенеративный потенциал одного из типов клеток сетчатки млекопитающих и обеспечить способность видеть свет слепым от рождения лабораторным животным. Ученые считают, что это может стать еще одним уверенным шагом на пути к лечению врожденной слепоты – не зря материал опубликовали в Nature.


В сетчатке у животных существует тип клеток, называемых клетками Мюллера. Это глиальные клетки, по частоте встречаемости они стоят на втором месте после нейронов и за счет колонообразной вытянутой формы составляют каркас или скелет сетчатки. На одну Мюллеровскую клетку приходится примерно 10-11 нейронов.

У рыбок данио-рерио – излюбленных модельных животных исследователей, работающих с нервной системой – эти клетки способны самостоятельно превращаться в рецепторы (палочки) при их повреждении. Однако, у млекопитающих такой механизм отсутствует, несмотря на то что любое повреждение сетчатки также стимулирует их деление и ограниченную дифференцировку в нейроны. Авторы работы из школы медицины Икана центра Маунт-Синай в Нью-Йорке решили проверить, удастся ли простимулировать клетки Мюллера искусственным образом так, чтобы добиться такой же активной их перестройки в нейроны, какая есть у рыб и амфибий.

В предыдущих экспериментах исследователи вводили в Мюллеровские клетки с помощью вирусного вектора ген белка β-катенина, который стимулировал их деление и дифференцировку, но результат оказывался недостаточным для полноценного функционирования сетчатки. В этот раз они решили добавить второй этап и через две недели после подсадки первого гена тем же образом внедрили в глаза слепых от рождения мышей (специально выведенная модель) четыре новых гена, которые отвечали за перестройку клеток Мюллера в палочки и запуск их функциональной активности.

β-катенин в межклеточных контактах клеток эмбриональной карциномы


В итоге после наблюдений за животными, получившими лечение, ученые установили, что в их зрительной коре появилась активность, которая говорила о том, что сигнал от сетчатки стал поступать в мозг и обрабатываться. После гистологического исследования выяснилось, что превращение прошло успешно, и новые палочки хорошо встроились в сетчатку и присоединились к другим клеткам.

Тем не менее авторы замечают, что восстановилось лишь 0,2 процента от всех нефункционирующих рецепторов, что крайне мало для зрения здорового животного. То есть появилась реакция на свет, но для восприятия формы объектов и других деталей такого количества не хватает. Поэтому в дальнейших планах исследователей – найти дополнительные гены, способные помочь клеткам сетчатки «приходить в форму», а также начать эксперименты с сетчаткой человека.


Текст: Анна Хоружая

Restoration of vision after de novo genesis of rod photoreceptors in mammalian retinas by Kai Yao, Suo Qiu, Yanbin V. Wang, Silvia J. H. Park, Ethan J. Mohns, Bhupesh Mehta, Xinran Liu, Bo Chang, David Zenisek, Michael C. Crair, Jonathan B. Demb & Bo Chen in Nature. Published August 2018.

https://doi.org/10.1038/s41586-018-0425-3

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Рыбьи мозги: как температура влияет на поведение

Люди стремятся надеть тёплую одежду, когда им холодно, и устроиться поближе к кондиционеру, когда жарко. Так сенсорная информация о температуре, поступая в мозг, меняет наше поведение. Однако точный механизм этого процесса долгое время оставался загадкой. Чтобы выявить его, клеточные биологи из Гарварда использовали популярный модельный организм — рыбку данио-рерио. Детали работы были изложены в журнале Neuron.

«Лицо» данио рерио


Использовав техники визуализации всего мозга, команда смогла выяснить, как нервы на мордочке рыбы воспринимают окружающую температуру, как эта информация поступает в задний мозг животного и как влияет на поведение.

«В отличие от нас, данио-рерио не могут регулировать температуру тела. Они живут в мелководных водоёмах, где температура может колебаться довольно сильно, поэтому для них важно ориентироваться в этих колебаниях», — поясняет Мартин Хэсемейер, один из авторов работы.

Процесс восприятия температуры у данио-рерио не сильно отличается от человеческого — для него используются соматосенсорные нейроны в области лица (или, в случае с рыбками, морды). Затем информация поступает к клеткам тройничного узла — утолщения в области тройничного нерва, охватывающего глаза, нижнюю и верхнюю челюсть.

«У людей и данио-рерио тройничный узел расположен между глазом и ухом. Таким образом, мы можем наблюдать за тем, как тройничный узел «кодирует» температуру и что происходит с его клетками, когда она меняется. Мы выяснили, что некоторые клетки активно реагируют на повышение температуры, а другие — на понижение», — говорит Хэсемейер.

Однако одной лишь этой информации недостаточно, чтобы изменить поведение рыбы. В заднем мозге данио-рерио исследователи также выделили группу клеток, которые не только обрабатывают информацию о температуре, но и рассчитывают, в каком направлении должна двигаться рыбка, чтобы согреться или охладиться.

Хотя для того, чтобы понять, как работают эти клетки, необходимы дальнейшие исследования, у учёных уже есть гипотеза.

«Мы полагаем, что всё дело в адаптации нейронов. Это значит, что если удерживать входящий сигнал, не меняя его силу, на протяжении некоторого времени, то активность нейронов постепенно будет падать. Мы думаем, что здесь происходит именно это. Мы считаем, что в заднем мозге есть клетки, связанные с клетками тройничного узла, и они почти незаметны, пока температура не меняется. Но как только становится теплее или холоднее, они активизируются», — рассказывает Хэсемейер.

Хэсемейер и его коллеги планируют в будущем разработать более детальную модель работы заднего мозга данио-рерио.

«Из этого исследования мы вынесли модель, которая хорошо подходит для изучения влияния стимулов и предсказания поведения и активности в мозге. Но её сложно назвать полной, так как предстоит ещё выяснить, как благодаря особенностям клеток происходит выбор направления. Я предполагаю, что это распространённое явление среди животных, поэтому будет интересно изучить, как именно это происходит», — делится он.


Текст: Алла Салькова

“A Brain-wide Circuit Model of Heat-Evoked Swimming Behavior in Larval Zebrafish”

Martin Haesemeyer, Drew N. Robson, Jennifer M. Li, Alexander F. Schier, and Florian Engert

doi:10.1016/j.neuron.2018.04.013

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Картинка дня: голова нейромодели

Credit: James Hayden, Nikon Small World 


Модели — это не только классические 90-60-90. В нейронауках модели — свои, и одна из классических моделей — это обыкновенная аквариумная рыбка данио рерио. Она легко генномодифицируется, ее мальки прозрачны, что очень удобно для оптогенетики, ну и, конечно, это удобно для фотографии. В результате различые «портреты» данио рерио часто гостят на конкурсах научной фотографии и даже выигрывают. Этому портрету повезло меньше, хоть он и тоже анфас. Тем не менее, снимок удостоился особого упоминания жюри в конкурсе Nikon Small World в далеком 1999 году.

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Стволовые клетки восстановили поврежденный спинной мозг рыбки

Терапия стволовыми клетками помогла регенерировать нейронам в поврежденных областях спинного мозга и снова начать двигаться данио-рерио – популярной аквариумной рыбке семейства карповых и одному из лучших модельных животных в нейробиологии. Возможно, такой способ лечения можно будет применить и на парализованных людях с травмой спинного мозга. Исследователи из университета Монаша (Австралия) представили свою работу на Международной конференции по исследованию стволовых клеток в Мельбурне на этой неделе.

Вверху: Спинной мозг данио-рерио после повреждения. Посередине: первая «волна» регенерации – миграция клеток-предшественников к месту повреждения. Внизу: регенерация поврежденных тканей через два дня, движения рыбки восстановлены. Credit: Monash University


Данио-рерио — небольшие тропические рыбки, которые известны как «мастера регенерации». Они умеют восстанавливать многие ткани или органы после травмы, а наблюдать за этим процессом можно практически в режиме реального времени.

Исследователи изолировали группу стволовых клеток и клеток-предшественников нейронов, которые очень быстро колонизируют и восстанавливают поврежденный спинной мозг рыбы. Наблюдая за изолированным участком благодаря конфокальной и световой микроскопии, они смогли отслеживать регенерацию нервов: они увидели, как эти клетки двигаются, ведут себя и восстанавливают спинной мозг.

Ученые выделили две «волны» регенерации: миграцию клеток-предшественников к месту повреждения, а затем активацию стволовых клеток в областях, окружающих участок травмы. Процесс регенерации занял от двух до четырех дней у взрослой рыбы и не более двух дней у личинки.

Исследователи считают: если изучить этот процесс на молекулярном и генетическом уровне, получится узнать, применим ли такой же процесс терапии для людей с травмами спинного и головного мозга.


Текст: Любовь Пушкарская

The study was presented at the International Society for Stem Cell Research conference

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Видео дня: как растет боковая линия

B0002042 Neuromast organ, lateral line system
Credit: Prof. Andrew Forge. Wellcome Images
images@wellcome.ac.uk
http://wellcomeimages.org


На снимке вверху вы можете увидеть клетку осязательного органа, аналогов которого у человека нет. Это — так называемый орган боковой линии. На многих рыбах мы можем глазами увидеть линию по бокам тела. Она воспринимает колебания воды и используется рыбами для охоты и ориентации в пространстве. Впрочем, у нас есть эволюционно общий орган с боковой линией  внутреннее ухо. Волосковые клетки, рецепторы боковой линии, удивительно похожи на волосковые клетки внутреннего уха.

А вот ниже — уникальное видео, недаром занявшее в 2014 году первое место в конкурсе видео Nikon Small World. Здесь вы видите, как развивается орган боковой линии у малька данио рерио.

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Картинка дня: как увидеть движение нейронов в живом существе

Credit:  Liu et al./Science 2018.


Ученые скомбинировали две современные технологии визуализации и смогли достичь беспрецедентного уровня детализации в наблюдении за отдельными клетками в живом организме. В результате удалось запечатлеть движение отдельных клеток опухоли, образование связей между нейронами и движение иммунных клеток во внутреннем ухе рыбы. На снимке, сделанном группой, руководителем которой был лауреат Нобелевской премии по химии 2014 года Эрик Бетциг (за прорывы в оптической микроскопии), вы видите, как образуют связи нейроны в спинном мозге рыбки данио рерио. В ближайшие дни мы расскажем вам подробности этой захватывающей работы, опубликованной в Science.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.