Эмбриональное происхождение гипофиза может привести к новым открытиям о дефиците гормона роста

Исследователи из Института науки Вейцмана поставили под сомнение 200-летнюю доктрину об эмбриональном происхождении гипофиза благодаря неожиданному наблюдению.

Этот орган размером с горошину, расположенный в основании мозга и также известный как гипофиз, играет ключевую роль в поддержании метаболизма организма. Являясь связующим звеном между мозгом и кровью, его можно назвать центром управления эндокринной системы, выделяющей гормоны в кровоток.

Результаты нового исследования, проведенного в лаборатории профессора Гила Левковица, могут улучшить понимание взаимодействия между различными клетками гипофиза и пролить новый свет на его расстройства. Исследование опубликовано в журнале Developmental Cell.

Структура гипофиза, состоящая из двух отдельных долей, выполняющих разные физиологические функции, высоко консервативна в эволюции — железы рыб, мышей и людей во многом схожи. Многие годы ученых интересовал фундаментальный вопрос: откуда происходят две доли во время эмбрионального развития?

Ранний эмбрион состоит из трех первичных клеточных слоев, из которых в итоге возникает все тело: энтодермы (внутренний слой), мезодермы (средний слой) и эктодермы (наружный слой). До сих пор общепринятой была точка зрения, что клетки, составляющие каждую из двух долей гипофиза, происходят из отдельных эмбриональных подразделений эктодермы.

Считалось, что передняя доля, выделяющая шесть основных гормонов (включая тиреотропный и гормон роста), происходит исключительно из наружного тканевого слоя раннего эмбриона — оральной эктодермы. Задняя доля, выделяющая два основных гормона мозгового происхождения — окситоцин (регулятор репродукции и поведения) и вазопрессин (контролирующий аспекты баланса жидкостей тела) — считалась происходящей из нейральной эктодермы, ткани, которая в конечном итоге также формирует нервную систему. Это разделение впервые ввел в 1838 году Мартин Х. Ратке, и оно получило поддержку последующих исследований.

Однако, когда аспирантка Кию Чен решила пересмотреть теорию Ратке, она заметила нечто противоречащее ожиданиям. Используя новые генетические и визуализационные методики, недоступные ранним исследователям, Чен смогла пометить различные клетки эктодермальной ткани эмбриона рыбки данио и визуально проследить судьбу их потомков по мере формирования эмбриона и гипофиза.

Вопреки преобладающей догме, она обнаружила, что некоторые клетки в передней доле гипофиза рыбы являются потомками нейральной эктодермы эмбриона.

Это открытие противоречило идее о полностью раздельном происхождении двух частей гипофиза. Исследователи смогли выявить эти клетки, комбинируя генетическое трассирование в развивающемся эмбрионе с одноклеточной транскриптомикой — передовой методикой, примененной в сотрудничестве с лабораторией профессора Идо Амита. Это позволило раскрыть точный молекулярный состав отдельных клеток и проследить их развитие.

Затем ученые узнали, что схожее, неопубликованное открытие о смешанном происхождении клеток долей гипофиза было сделано на мышах в Институте Фрэнсиса Крика в Лондоне. Ведущий исследователь того исследования, доктор Карин Риццоти, первоначально скептически отнеслась к своим результатам, обнаружив потомков помеченных клеток нейральной эктодермы в передней доле гипофиза мыши.

Лаборатории объединили усилия, чтобы представить более убедительный случай на двух видах.

Идентификация точных молекулярных сигнатур основных типов клеток гипофиза привела к дополнительному открытию: ранее неизвестному взаимодействию между разными клетками, принадлежащими передней и задней частям железы.

Исследователи обнаружили, что определенные клетки задней доли, называемые питуицитами, влияют на развитие гормон-продуцирующих клеток передней доли. Питуициты, подтип астроглии (звездчатых клеток нервной системы), как известно, способствуют высвобождению гормонов окситоцина и вазопрессина из задней доли гипофиза. Оказалось, что они также играют роль в развитии передней доли.

Понимание генетического состава разных клеток, того, как он формируется в раннем эмбриональном развитии и как различные типы клеток влияют друг на друга, может помочь понять, что идет не так при различных заболеваниях гипофиза. К ним относятся рак и некоторые детские болезни, такие как врожденный дефицит гормона роста. Этот дефицит возникает из-за мутаций в гене, влияющем на решение ранних эмбриональных клеток эктодермы стать гормон-продуцирующими клетками передней доли гипофиза.

Догма о раздельном происхождении долей в основном все еще верна. Однако открытие, что небольшая доля гормон-продуцирующих клеток передней доли происходит из другой части эмбриональной ткани, чем считалось ранее, может открыть новые пути исследования нарушений работы гипофиза.

Например, если есть 100 клеток, вырабатывающих гормон роста, 95 происходят из оральной эктодермы, но, как теперь выясняется, 5 из них имеют нейральное происхождение. Все 100 клеток выделяют один и тот же гормон, но, возможно, делают это в ответ на разные физиологические потребности.

Изучение точной природы этих сигналов в будущем может привести к улучшенным способам коррекции гормональной недостаточности — путем воздействия на специфические клетки гипофиза, избегая нежелательных эффектов на его жизненно важные эндокринные функции.