» » Конусы роста аксонов

Конусы роста аксонов


Конусы роста аксонов

На этой микрофотографии видны длинные отростки (аксоны) ганглионарных клеток сетчатки, выращенных из стволовых клеток человека. Аксоны искусственно окрашены в красный цвет, а их конусы роста (см. Growth cone) с движущимися выростами-органеллами разных типов — филоподиями (см. Filopodia) и ламеллиподиями (см. Lamellipodium) — в зеленый.

Окраска производилась методом иммунофлюоресценции: культуру клеток обработали антителами двух видов, которые при взаимодействии со специфичным антигеном активировали флюоресцентные маркеры разного цвета. Одно антитело специфично к ?3-изоформе белка тубулина, формирующего микротрубочки, по которым в цитоплазме аксона к конусу роста транспортируются питательные вещества (это антитело активировало красную флюоресценцию). Другое же специфично к фибриллярной форме белка актина (F-актину), которая образуется в конусах роста (зеленая флюоресценция).

Методика выращивания искусственной сетчатки из стволовых клеток уже хорошо разработана. Вкратце ее суть состоит в помещении таких клеток в питательную среду и воздействии на них двумя комплексами химических веществ. Первый, NIM, индуцирует их развитие в сторону образования нейронов; второй, RDM, — в сторону дифференциации в разные типы клеток, формирующие между собой пространственные связи так же, как в живой сетчатке. Основу обоих комплексов составляет питательное вещество DMEM/F12, состоящее из глюкозы, аминокислот и витаминов, а также из дополнительных наборов разных аминокислот.

Однако до сих пор в научных работах на эту тему недостаточно внимания уделялось развитию ганглионарных клеток. Между тем, это единственные нервные клетки сетчатки, способные генерировать нервные импульсы. Ганглионарные клетки формируют множество отростков: короткие (дендриты) собирают информацию от биполярных клеток-посредников (связанных, в свою очередь, с фоторецепторами), длинные (аксоны) передают ее на большое расстояние в зрительный нерв. Болезни и нарушения развития, связанные с разрушением аксонов, приводят к нарушениям зрения и слепоте.


Конусы роста аксонов

Конусы роста аксонов

Строение сетчатки человеческого глаза. ONL, OPL — внешний слой, INL, IPL — внутренний слой, P — пигментные эпителиоциты, R — палочки, C — колбочки, Bi — биполярные клетки, G — ганглионарные клетки, — аксоны. Рисунок с сайта ru.wikipedia.org


Новое исследование показало, что ганглионарные клетки дифференцируются быстрее, чем клетки других типов, и происходит это во внутреннем слое сетчатки. Включает механизм дифференциации примерно к 30-му дню развития искусственной сетчатки ген BRN3. Ученые доказали это, подсадив в культуру генетически модифицированные с помощью метода CRISPR/Cas9 стволовые клетки, начинающие флюоресцировать красным при экспрессии BRN3 (см. Систему CRISPR-CAS9 удалось заснять в действии, «Элементы», 06.12.2017).

Развитием отростков ганглионарных клеток сетчатки управляют как внутренние, так и внешние факторы. В качестве внешних выступают химические вещества, вырабатываемые другими клетками — стимулирующие рост и движение хемоаттрактанты и «отпугивающие» хеморепелленты. Ученые протестировали несколько веществ-кандидатов на роль таких стимуляторов. Самым сильным оказался эффект от воздействия на ганглионарные клетки белка нетрина-1, способность которого управлять аксональным поведением ранее уже была показана (см. Как белок нетрин подсказывает аксонам, куда им расти, «Элементы», 17.06.2014). Под его действием некоторые аксоны достигали длины 1,5 мм уже на 24-й день своего развития, что является хорошим результатом: максимальная длина аксонов ганглионарных клеток сетчатки составляет 4–5 мм.


Конусы роста аксонов

Конусы роста аксонов

Рост аксонов агрегатов ганглионарных клеток искусственной сетчатки под действием разных веществ-стимуляторов (ag). Диаграммы hi отражают, соответственно, среднюю длину аксонов клеток, распределение клеток по этой длине и среднее количество отростков на клетку. Изображение из статьи C. M. Fligor et al., 2018. Three-Dimensional Retinal Organoids Facilitate the Investigation of Retinal Ganglion Cell Development, Organization and Neurite Outgrowth from Human Pluripotent Stem Cells


В искусственной сетчатке агрегаты ганглионарных нейронов распространяют отростки равномерно во все стороны. В развивающемся живом организме ситуация иная: там рост аксонов направляется в сторону клеток зрительного нерва, с помощью описанного выше химического механизма. Астроциты (тип глиальных клеток) головки зрительного нерва, которая выходит в сетчатку, вырабатывают нетрин-1. Благодаря этому аксоны ганглионарных клеток растут в нужном направлении.

Однако в обоих случаях аксоны разных ганглионарных клеток сплетаются друг с другом, образуя «лучи», растущие в одном направлении — как это показано на верхней картинке. На кончиках «лучей» концентрируются конусы роста. Именно они реагируют на внешние химические факторы, определяя направление, в котором будет расти отросток. Конус роста имеет собственный цитоскелет (см. картинку дня Раскрашенный цитоскелет) на основе белка актина и подвижные отростки двух типов: ламеллоподии, осуществляющие движения конца отростка вперед, и филлоподии, поддерживающие это движение.

Установлено, что нетрин-1 значительно стимулирует активность конусов роста аксонов ганглионарных клеток. Этот белок воздействует на рецепторы, расположенные на поверхности конусов роста, что включает экспрессию отвечающих за рост и движение генов. Интересно, что у разных ганглионарных клеток набор экспрессируемых при этом генов различается. Всего этих генов 34, но по экспрессии всего шести из них клетку можно отнести к одной из пяти групп. Смысл существования этих групп пока неясен.

Исследование закономерностей развития ганглионарных клеток сетчатки и их отростков в перспективе, как надеются ученые, может помочь в борьбе с некоторыми нарушениями зрения, в том числе с помощью имплантации искусственной сетчатки, выращенной из собственных стволовых клеток человека.

Фото с сайта bpod.mrc.ac.uk.

Олег Соколенко

10 август 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Гемато-энцефалический барьер

Эта «неоновая гирлянда» заняла первое место на конкурсе микрофотографии Nikon Small World 2012...

ДНК-кометы

Перед вами — необычные «кометы»: каждая комета — это ДНК отдельной клетки, и чем больше повреждений в этой ДНК, тем больше у кометы хвост...

Изображения мозга, полученные учеными Эдинбургского университета

Удивительные яркие изображения наглядно показывают нам красоту и сложность мозга. Фотографии демонстрируют ведущие исследования ученых Эдинбургского университета, которые стремится улучшить наше
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Почему одни нации богатые, а другие — бедные?Люди могут отращивать хрящи, как саламандрыПочему мы стареем? Новая теория ученыхРоссийский аппарат к Луне стартует не раньше 2026 годаОхотник за сокровищами нашел редчайший доисторический кладЧто происходит с океанами Земли?NASA получило новые снимки Большого красного пятна ЮпитераОбманщики чередуют ложь с правдой, чтобы им продолжали верить