Что морские асцидии могут рассказать о нейродегенерации?

Крошечное морское существо со странным образом жизни может дать ценные сведения о нейродегенеративных расстройствах человека, таких как болезнь Альцгеймера, по мнению учёных из Stanford Medicine.

Botryllus schlosseri, или звездчатая асцидия, — наш ближайший эволюционный родственник среди морских беспозвоночных. Прикрепляясь к прибрежным скалам, она выглядит как маленький цветкообразный организм. Асцидии начинают жизнь как головастики с двумя мозгами, плавая в океане. Но затем они оседают на камне, переходя к неподвижному образу жизни и присоединяясь к колонии.

Приспосабливаясь к новому образу жизни, асцидия теряет мозговую мощь: один из двух мозгов, более не нужный для навигации, начинает растворяться. Этот процесс дегенерации мозга беспозвоночного имеет важные параллели с нейродегенерацией у человека, заявил Ирвинг Вайсман, директор Института биологии стволовых клеток и регенеративной медицины.

В статье, опубликованной 11 июля в Proceedings of the National Academy of Sciences, Вайсман и его коллеги показали, что многие гены, связанные с нейродегенерацией у Botryllus, имеют аналоги среди генов, связанных с нейродегенерацией у людей. Более того, генетические изменения, накапливающиеся в колониях асцидий за десятилетия, влияют на нейродегенерацию так же, как возрастные генетические изменения влияют на неё у пожилых людей.

Учёные полагают, что Botryllus является современным представителем начала ветви позвоночных на древе жизни. Каждое животное с позвоночником, по их мнению, эволюционировало от этого крошечного морского организма.

Проводя параллели

Жизненный цикл Botryllus имеет много преимуществ как модель для изучения нейродегенерации:

• Каждую неделю каждая особь в колонии размножается бесполым путём, производя 2–4 почки, которые становятся новыми организмами.
• Каждая почка завершает развитие за две недели, живёт как взрослая особь одну неделю, а затем деградирует и умирает в последний день третьей недели.

Исследователи ожидали, что количество нейронов останется стабильным в течение последней недели жизни, но это оказалось не так. «Существует специфическая картина нейродегенерации. Из примерно 1000 генов, вовлечённых в этот процесс, мы обнаружили, что 428 являются общими для человека и Botryllus», — сказала первый автор статьи, постдок Чиара Ансельми.

Помимо быстрого цикла, Botryllus имеет ещё одно преимущество — он, по-видимому, накапливает мутации в генах аналогично человеку. Колонии в этом исследовании существуют более 20 лет. Поскольку организмы размножаются бесполым путём через стволовые клетки, именно эти клетки сохраняются в колонии на протяжении лет и, вероятно, накапливают дефекты со временем так же, как человеческие гены.

Старые стволовые клетки, меньший мозг

Пожилые люди чаще страдают нейродегенеративными заболеваниями, а их нейральные стволовые клетки менее активны. Аналогичная картина наблюдается в старых колониях Botryllus.

«Что-то происходит со стволовыми клетками в колонии со временем, и через 20 лет они не могут регенерировать так, как в молодости», — сказала соавтор Айелет Воскобойник. «В старых колониях наблюдается сокращение числа нейронов почти на 30% в отдельных мозгах, и даже на пике нейрогенеза они не могут сравниться с молодыми колониями. Удивительно, что у беспозвоночного можно увидеть те же изменения генов от молодости к старости, что и у стареющих людей».

Более того, асцидии в стареющих колониях имеют молекулярное сходство с людьми, страдающими болезнью Альцгеймера. Одним из признаков этой болезни является накопление амилоидных бляшек, образующихся при скоплении белков-предшественников амилоида (APP). «Когда особи в старых колониях проходят бесполый цикл, они не только производят гораздо меньше нейронов, но и эти нейроны содержат много APP», — сказал Вайсман.

Поскольку причина болезни Альцгеймера и значение амилоидных бляшек неизвестны, исследователи надеются, что Botryllus может стать мощной платформой для изучения этой болезни. «Мы можем легко создавать 250 потомков каждую неделю и изучать различные аспекты их нейроразвития и дегенерации. Например, мы можем блокировать специфические пути, ведущие к накоплению амилоида», — сказал Вайсман.