У бесчелюстных обнаружены симпатические нейроны, происходящие из нервного гребня
У позвоночных имеется уникальное скопление эмбриональных стволовых клеток — нервный гребень, из которого происходят такие структуры, как челюсти и периферические ганглии. Хотя у бесчелюстных позвоночных есть сенсорные ганглии, было принято считать, что симпатическая система ганглиев есть только у челюстноротых. Авторы исследования, опубликованного в Nature, показали, что у морской миноги (Petromyzon marinus), ныне живущего бесчелюстного, есть цепь симпатических нейронов, происходящих из нервного гребня.
Нервный гребень — уникальное скопление эмбриональных стволовых клеток, из которого происходят клетки симпатоадреналовой линии, дающие начало, в частности, симпатическим ганглиям. У современных бесчелюстных позвоночных (миног и миксин), как принято считать, периферические симпатические ганглии отсутствуют, однако и у миног, и у миксин были выявлены скопления хромаффинных клеток, которые также происходят из клеток-предшественниц симпатоандреналового ряда. Тем не менее, хромаффинные клетки по ряду свойств отличаются от таковых у челюстноротых, в частности, они не имеют симпатической иннервации, а их развитие не включает транскрипционную программу спецификации симпатоандреналовых клеток во время ранних стадий развития нервного гребня. Таким образом, происхождение хромаффинных клеток у бесчелюстных позвоночных изучено плохо. Тем не менее, авторы статьи, опубликованной в Nature, сумели доказать, что и у бесчелюстных есть симпатоандреналовые клетки, происходящие от нервного гребня.
Ключевую роль в дифференцировке симпатоандреналовых клеток играют транскрипционные факторы Ascl1, Phox2b и Hand2. Авторы работы визуализировали экспрессию этих факторов в тканях зародыша миноги с помощью флуоресцентной гибридизации. Экспрессия Ascl1 была особенно высока в передней части головы, Phox2 наиболее активно экспрессировался в среднем мозге, а Hand2 был наиболее активен в области сердца и вентральной фарингеальной мезенхимы, которая у человека задействована в развитии лица и верхней части грудной клетки. Стоит отметить, что, в соответствии с предыдущими исследованиями, на ранних стадиях развития ни в какой популяции клеток эти гены не экспрессировались одновременно. При этом клетки с одновременной их экспрессией появлялись на поздних этапах развития эмбриона и формировали кластеры, проходящие сквозь сердце и распространяющиеся далее на всю длину тела по направлению к хвосту. Таким образом, на уровне транскрипционных факторов процесс дифференцировки симпатоандреналовых клеток оказался консервативен среди позвоночных, хотя у круглоротых проявляется только на поздних стадиях развития эмбрионов.
Клетки симпатоандреналового ряда отличаются способностью синтезировать катехоламины — норадреналин и адреналин. Ученые выявили на поздних стадиях развития экспрессию ферментов, необходимых для биосинтеза норадреналина, а именно Th и Dbh. Эти ферменты присутствовали в клетках, экспрессирующих три основных транскрипционных фактора, определяющих фенотип симпатоандреналовых клеток — Ascl1, Phox2b и Hand2. Чуть позже в этих клетках начиналась также экспрессия транспортера норадреналина Slc6a2. Клетки, экспрессирующие Th и Dbh одновременно, образовывали кластеры в вентральной части глотки, вокруг сердца на уровне желточной трубочки. Далее они распространялись на всю длину тела, собираясь в цепочки, как это присуще двусторонне-симметричным животным, однако в ганглии они не собирались, оставаясь одиночными или в виде небольших скоплений. Ранее уже было показано, что ассоциированные с сердцем симпатоандреналовые клетки являются хромаффинными клетками. Однако только сейчас удалось показать, что двусторонние цепи, идущие вдоль аорты, в действительности представляют собой периферические симпатические клетки. Важно отметить, что нейрогенез симпатических нейронов миноги заканчивается только к концу эмбрионального периода.
Авторы работы обращают внимание на обнаруженный у миноги синтез норадреналина. Они предполагают, что зачаточный симпатический ответ, опосредованный норадреналином, мог иметься у бесчелюстных, а у челюстных животных эта система продолжила развиваться благодаря дополнению адреналином и увеличению плотности и коннективности симпатических нейронов.
Дальнейшие исследования показали, что предшественники симпатических нейронов миноги — симпатобласты — происходят из клеток нервного гребня. Чтобы окончательно подтвердить, что симпатические нейроны бесчелюстных и челюстноротых гомологичны, ученые провели секвенирование РНК одиночных клеток. Исследование паттернов экспрессии генов, ответственных за фенотип симпатических нейронов у круглоротых и челюстноротых, показало, что эти паттерны совпадают. Таким образом, можно сказать, что у круглоротых действительно есть симпатические нейроны, которые происходят из нервного гребня.
Развитой мозг осьминогов появился благодаря микроРНК
Источник
Edens, B.M., et al. Neural crest origin of sympathetic neurons at the dawn of vertebrates. // Nature, 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-07297-0