Первый в мире полный клеточный атлас комара
Исследователи из Лаборатории нейрогенетики и поведения Университета Рокфеллера в сотрудничестве с экспертами со всего мира создали первый в истории клеточный атлас комара Aedes aegypti — вида, переносящего больше болезней, чем любой другой.
Mosquito Cell Atlas обеспечивает разрешение на клеточном уровне для экспрессии генов в каждой ткани комара — от усиков до ног. Набор данных находится в свободном доступе. Атлас недавно опубликован в журнале Cell.
"Это всеобъемлющий снимок того, что делает каждая клетка комара в плане экспрессии генов", — говорит руководитель лаборатории Лесли Восшолл. — "Это реальное достижение, потому что мы профилировали так много разных типов тканей как у самцов, так и у самок".
Атлас уже позволил получить новые данные о генетических секретах Aedes aegypti, включая новые типы клеток, тонкие различия и неожиданное сходство между самцами и самками, а также драматические изменения в экспрессии генов в мозге самки после кровяного питания.
Орган за органом
В последние годы ученые использовали секвенирование отдельных клеток для идентификации типов клеток у модельных организмов, таких как Drosophila melanogaster (плодовая мушка) и Mus musculus (мышь). Исследования комаров до этого были фрагментарными.
Большинство предыдущих работ фокусировалось на самках, игнорируя самцов. "Поскольку именно самка распространяет все патогены, существует огромный перекос в сторону изучения биологии самки и очень мало информации о самце", — говорит Восшолл. — "Мы хотели это исправить".
Команда использовала single-nucleus RNA sequencing (snRNA-seq) для создания большого набора данных из более чем 367 000 ядер из 19 типов тканей комара, отобранных по пяти биологическим темам: основные сегменты тела; сенсорика и поиск хозяина; вирусная инфекция; репродукция; центральная нервная система.
Вкус сладкого ногами
Было обнаружено 69 типов клеток, сгруппированных в 14 основных категорий, многие из которых ранее не были описаны.
Среди самых поразительных находок — повсеместное распространение полимодальных сенсорных нейронов — клеток, способных улавливать широкий спектр сигналов окружающей среды, включая температуру и вкус. Их нашли везде, включая ноги и ротовые части.
"Ноги и ротовые части, как и усики, обладают мощными инструментами для восприятия мира", — говорит старший автор Надав Шай. — "Вместе они позволяют комарам быть действительно хорошими в том, что они делают".
Эти многофункциональные хеморецепторы позволяют им, среди прочего, обнаруживать сладость и пресную воду. "Возможность ощущать сладость ногами может быть полезна для обнаружения сахаров, необходимых для жизни", — отмечает Шай.
Изменения в мозге, сопровождающие смену поведения
После питания кровью самка комара теряет всякий интерес к людям; её внимание переключается на развитие и откладывание яиц.
Исследователи изучили экспрессию генов в мозге самки в 3, 12, 24 и 48 часов после кровяного питания. Они обнаружили драматические изменения во все временные периоды, которые достигли пика через несколько часов и постепенно ослабевали.
Изменения произошли неожиданным образом. Нейроны составляют около 90% клеток мозга комара, но именно глиальные клетки (вспомогательные клетки, составляющие менее 10%) претерпели значительные сдвиги в экспрессии генов.
"Глиальные клетки полностью перестраиваются в то время, когда самки теряют интерес к людям", — говорит Восшолл.
"Это доказательство того, что глия чрезвычайно важна не только для поддержки клеток и функций мозга, но и физиологически значима для поведения", — добавляет Шай.
Ограниченный половой диморфизм
Несмотря на морфологические и поведенческие различия между самками и самцами, их клеточный состав в основном идентичен, за исключением небольших кластеров полоспецифичных клеток и репродуктивных органов.
"В целом, большинство клеток выглядят одинаково, и транскрипты, которые они экспрессируют, схожи", — отмечает Шай. — "Однако это не означает, что регуляция и уровень экспрессии одинаковы".
Исключение было обнаружено исключительно в усике самца: небольшая группа клеток экспрессирует один ген, который не экспрессируется ни в одной ткани самки. Их функция еще предстоит определить.
Будущие направления
Лаборатория Восшолл будет использовать атлас для дальнейших исследований поведения, такого как поиск хозяина и восприятие окружающей среды.
"Мы надеемся, что исследователи по всему миру найдут его столь же вдохновляющим", — говорит Шай. — "Огромный размер набора данных открывает множество новых направлений исследований".
"Это глобальный ресурс, который был открыт для всех с самого начала проекта в 2021 году, поэтому многие люди уже используют его", — добавляет Восшолл. — "Мы с нетерпением ждем открытий, которые последуют".