Трансгенные медузы на службе у нейробиологов

В новом исследовании, опубликованном в Cell, предлагается новое модельное животное для изучения нервной системы, особенно со стороны эволюции – медуза Clytia hemisphaerica. Авторам работы даже удалось получить стабильное поколение трансгенных медуз для изучения функций отдельных популяций нейронов.

Credit: public domain


С представителей типа стрекающие – медуз, гидр, коралловых полипов – начинается любой школьный учебник по зоологии. Радиальная симметрия, двуслойное тело, в котором наружная эктодерма и внутренняя энтодерма разделены желеобразной мезоглеей, гастральная полость вместо сквозной кишки и диффузно организованная нервная система, представленная отдельными нервными волокнами и сплетениями, прочно закрепили за ними славу одних из самых примитивно устроенных животных. Тем не менее, даже таким примитивно устроенным телом нужно управлять. Если полиповидных стрекающих, таких как гидра, ученые изучают со всех сторон давно (в частности, гидра служит основным модельным организмом для изучения регенерации), то о физиологии медуз мы знаем значительно меньше. Электрофизиологические исследования на медузах проводились, а вот системным изучением их нервной системы долгое время никто не занимался.

Авторы недавней работы, опубликованной в Cell, создали стабильную трансгенную линию медузы Clytia hemisphaerica. Этот организм примечателен своей прозрачностью, благодаря которому за работой многих его систем органов можно наблюдать напрямую. Геном этой медузы был секвенирован в 2019 году, а в этом году был опубликован транскриптомный атлас тела этой медузы, полученный с помощью секвенирования РНК отдельных клеток. 

В обсуждаемой работе медузу Clytia hemisphaerica предлагают использовать ни много ни мало как модель для системного изучения нервной системы, поведения и их эволюции. 

Сначала авторы исследования визуализировали отдельные популяции нейронов медузы. В частности, они «проявили» нейроны, экспрессирующие пептид RFamide. Эти нейроны, на долю которых приходится 80% всех нейронов медузы, оказались разбросаны буквально по всему телу животного: в диффузной нервной сети, околоротовом нервном кольце и щупальцах. Считается, что именно эти нейроны отвечают за хищническое и оборонительное поведение животного. А что будет, если медузу лишить этих нейронов? Именно для этого исследователям потребовался трансгенез. 

Несчастные трансгенные медузы, лишенные RFamide-позитивных нейронов, демонстрировали серьезные нарушения в пищевом поведении: в частности, они были неспособны перенести в рот креветку, которую поймали при помощи щупалец. Также без них медузы не могли подворачивать края зонтика, что, в частности, необходимо для успешной охоты.

Дальнейшие исследования показали, что по всему зонтику медузы разбросаны кластеры RFamide-экспрессирующих нейронов, которые периодически синхронно активировались. Нервные кольца зонтика также демонстрировали спонтанную активность, причем активность колец была связана с активностью близлежащих RFamide-позитивных нейронов. От колец нервный импульс по нервной сети идет ко рту. Так что не такая уж диффузная нервная система у медуз: в ней, определенно, есть иерархия, хотя конкретного высшего нервного центра, подобия мозга, у них действительно нет.


Текст: Елизавета Минина

Weissbourd B, Momose T, Nair A, Kennedy A, Hunt B, Anderson DJ. A genetically tractable jellyfish model for systems and evolutionary neuroscience. Cell. 2021;184(24):5854-5868.e20.