Gesundheit

Diese Muskelzellen sind Wegweiser zu helfen, die regenerative Plattwürmer wieder wachsen Ihre Augen

Wenn etwas passiert, um die Augen der kleinen, süß-Wohnung plattwurm Schmidtea mediterranea, Sie wachsen auch wieder innerhalb von nur wenigen Tagen. Wie Sie dies tun, ist ein wissenschaftliches Rätsel—eines, das Peter Reddien Labor am Whitehead Institute studiert seit Jahren.

Labor das neueste Projekt bietet einige Einblicke: in einem Papier veröffentlicht in der Wissenschaft, Juni 26, Forscher in Reddien lab identifiziert haben, eine neue Art von Zelle, die wahrscheinlich dient als Wegweiser zu helfen, die route Axone von den Augen zum Gehirn wie die Würmer komplett der schwierigen Aufgabe, die nachwachsende Ihre neuronale Verschaltung.

Schmidtea mediterranea, Augen aus Licht-capturing-lichtempfänger Nervenzellen mit dem Gehirn verbunden mit langen, staksigen Prozesse, die sogenannten Axone. Benutzen Sie Ihre Augen reagieren auf Licht, um zu helfen Ihrer Umwelt zurechtzufinden.

Die Würmer, die sehr beliebt sind Modelle für die Erforschung der regeneration, kann nachwachsen so ziemlich jede Teil Ihre Körper; Augen sind ein Interessantes Teil zu studieren, weil die Regeneration des visuellen Systems erfordert die Würmer rewire-Ihre Neuronen um Sie zu verbinden, um das Gehirn.

Wenn neuronale Systeme entwickeln sich in Embryonen, die ersten Nervenfasern, die sogenannten Pionier-Axone, die Schlange, die Ihren Weg durch Gewebe zu bilden, die Schaltung benötigt, um wahrzunehmen und zu interpretieren äußere Reize. Die Axone werden dabei unterstützt, auf Ihrem Weg durch spezialisierte Zellen, die sogenannten Wegweiser-Zellen. Diese speziellen Zellen positioniert sind, an der Wahl Punkte—Orte, wo das axon den Weg könnte die Gabel in verschiedene Richtungen.

In vielen Organismen, diese Wegweiser Zellen sind nicht eine Priorität mehr, sobald die Entwicklung abgeschlossen ist, und in der Regel nicht verlängert werden bis ins Erwachsenenalter. Das ist ein Grund, warum, wenn der Mensch die Erfahrung, Hirn-oder Nervenschäden, die Verletzung ist in der Regel dauerhaft.

„Dies ist ein tiefes Geheimnis der regeneration, die wir gar nicht nachgedacht“, sagt Reddien, der leitende Autor des Papiers, der auch professor für Biologie am Massachusetts Institute of Technology und ein Ermittler mit dem Howard Hughes Medical Institute. „Wie kann ein Erwachsener Tier regenerieren ein funktionales Nervensystem bei der ursprünglichen Entwicklung des Nervensystems in der Regel umfasst eine Reihe von cues, die gedacht werden, um Transienten?“

Dann, im Jahr 2018, Reddien Lab Wissenschaftler Lucila Scimone gefunden, der etwas überraschend in der Erwachsenenbildung planarien: Gruppen von geheimnisvollen Zellen, die sah, wie Sie eine Rolle spielen könnten im führen wachsende Axone. Sie hatte bemerkt, daß dieser Gruppe von Zellen, da Sie co-exprimiert zwei Gene, die nicht oft zusammen gesehen und einige waren Auffällig in der Nähe der Augen.

„Ich war fasziniert von diesen Zellen“, sagt Sie. Sie erschien in sehr geringer Anzahl (ein normaler Wurm haben könnte, um die 5; eine große, man könnte bis zu 10) in jeder planarien untersuchte Sie. Sie wurden in zwei Gruppen unterteilt: einige rund um die Plattwürmer‘ Augen, und andere, die beabstandet entlang des Pfades, um das Gehirn center. Wenn Sie verfolgt den Pfad der vorhandenen Axone, die aus dem planarien‘ Augen, Ihr Gehirn, Sie fiel mit den Positionen, die diese Zellen ohne Ausnahme.

Wenn die Forscher charakterisierten die Zellen, fanden Sie, dass Sie nicht Ausdrücken, alle der Gene, das sind die Markenzeichen der lichtempfänger Neuronen; stattdessen hatten Sie Marker, die Häufig gefunden im Muskelgewebe. „Das war sehr Auffällig, weil die Muskelzellen—das ist nicht, was Sie tun in den meisten Tieren“, Scimone, sagt.

In anderen Organismen, Wegweiser Zellen sind oft Neuronen oder glia. Es wäre ungewöhnlich für die Muskeln dienen als Wegweiser; aber letzten arbeiten in der Reddien Labor hatte gezeigt, dass die planarien Muskelzellen gespielt, andere spezielle Rollen, wie die Sekretion der extrazellulären matrix. Die Forscher fragten sich, ob Sie hinzufügen könnte die Rolle der Wegweiser, um die lange Liste von planarien-Muskel-Zell-Funktionen.

Um zu testen, Ihre Hypothese, die Forscher entwickelt eine Reihe von Experimenten. „Wir entwickelten ein Auge-transplantation-Methode, hier können Sie sich ein Auge von einem Tier und Transplantation in ein anderes Tier“, sagt Reddien Lab postdoc Kutay Deniz Atabay. „Wenn Sie dies tun, die axonalen Projektionen aus, dass das Auge im Grunde, wenn richtig positioniert, korrekt Draht, der sich in das Gehirn, die Produktion eines funktionellen Zustand,“

Die Forscher schufen auch gentechnisch veränderte planarien hatte, dass der Muskel-Zellen, aber keine Augen, und dann transplantiert Augen auf Ihre eyeless Köpfe. Sicher genug, die Neuronen wuchs als normal, schlängelte sich in Richtung der Zellen und dann die Anpassung Ihrer Bahnen nach der Begegnung mit Ihnen.

Ohne Zellen, es war eine andere Geschichte. Wenn die Forscher transplantierten Augen zu weit entfernten teilen der planarien‘ Körper ohne Bevölkerung in diesen Muskelzellen der lichtempfänger Neuronen, die nicht mit dem Gehirn center. Ebenso, wenn Sie transplantiert Augen in den planarien, die modifiziert worden war, um nicht diese Muskel-Zellen, deren lichtempfänger Neuronen, die immer noch wuchs—aber Sie haben nicht den Draht richtig an das Gehirn erreichen.

Diese Erkenntnisse kombiniert vorgeschlagen, dass die Zellen waren vollständig unabhängig von der optischen system—Sie nicht form, weil der Augen oder der lichtempfänger Neuronen, aber wahrscheinlich etablierten sich vor der Neuronen wuchs—und lieferte weitere Beweise für die Wegweiser Rolle.

Der Wegweiser-wie die Aktivität dieser Zellen dann bat der Frage: wie müssen die Zellen selbst wissen, wo sein? „Wir fanden, dass es ein Muster von signalmolekülen in den Muskeln, dass ist die Einstellung, wo diese Zellen sein sollte,“ sagt Reddien. „Wenn wir stören die globalen positions-Informationen des Systems, diese Zellen liegen an den falschen stellen, und dann Axone gehen an den falschen Positionen, so dass wir denke, es gibt einen positions-Informations-framework, das den Zellen bei der regeneration, und die als Wegweiser in die richtige Position.“

An diesem Punkt können die Forscher nicht genau wissen, wie die Zellen in der Lage sind zu kommunizieren, mit der wachsenden Axone dienen als Wegweiser. Sie konnte loslassen, irgendeine Art von Signalmolekül, das zieht die Axone, oder Sie könnte die Kommunikation durch die Verwendung von trans-Membran-Proteine.

„Das wird eine spannende Richtung für die Zukunft“, sagt Reddien. „Wir haben jetzt ausgemacht das Transkriptom der Zellen, was bedeutet, dass wir alle wissen, die Gene, die diese Zellen exprimieren. Das liefert uns eine interessante Liste von Genen, die sondiert werden kann funktional sein, um zu versuchen, um zu sehen, welche die Vermittlung der Funktionen dieser Zellen.“