Цитонемы — «экспресс-маршрут» для сигналов в развивающейся нервной системе
Ученые из Детской исследовательской больницы Св. Иуды обнаружили, что цитонемы (тонкие, длинные, волосовидные выросты на клетках) играют ключевую роль в развитии нервной системы. Эти структуры соединяют удаленные друг от друга клетки, но их сложно зафиксировать с помощью микроскопии в развивающихся тканях позвоночных.
Исследователи впервые визуализировали, как цитонемы транспортируют сигнальные молекулы в развивающейся нервной системе млекопитающих. Результаты опубликованы в журнале Cell.
«Мы показали, что цитонемы — это прямой экспресс-маршрут для транспорта сигналов», — заявила автор-корреспондент Стэйси Огден, Ph.D.
Визуализация «экспресс-доставки» сигналов
Группа Огден впервые визуализировала цитонемы млекопитающих в развивающейся нервной системе, комбинируя современные методы микроскопии с оптимизированной подготовкой образцов.
Ученые зафиксировали, как цитонемы действуют как «экспресс-система», доставляя сигналы напрямую к удаленным клеткам, минуя соседние. Этот процесс наблюдался в цитонемах, исходящих из хорды — структуры, продуцирующей сигнал, который организует развитие спинного мозга.
Когда исследователи заблокировали попадание сигнальных белков в цитонемы в моделях мышей, развитие нервной системы нарушилось, что привело к серьезным неврологическим дефектам.
«Это первая демонстрация процессов транспорта на основе цитонем во время развития такой сложной ткани млекопитающих, как нервная трубка», — отметила Огден.
Формирование градиента морфогенов
Клетки принимают определенную судьбу в ответ на разные пороговые концентрации сигнальных белков — морфогенов. Для правильного развития необходим четкий градиент их распределения.
Неврологические дефекты, возникающие при блокировке сигналов в цитонемах, стали первым прямым доказательством ключевой роли цитонемного сигналинга в формировании такого градиента.
Транспорт «sonic hedgehog» через цитонемы
Исследование прояснило один из способов формирования градиента морфогена sonic hedgehog в нервной трубке. Работа показала, что цитонемы вносят ключевой вклад в создание этого градиента. Когда sonic hedgehog не мог загружаться в цитонемы, его сигнальная функция нарушалась.
«Клетка, продуцирующая морфоген, не только создает его, но и активно помогает физически доставить сигнал с помощью цитонем», — пояснила Огден.
Теперь, когда разработана система визуализации цитонем, можно изучать, насколько широко используется этот «экспресс-транспорт» для других сигналов в развитии нервной трубки и за ее пределами.