Учёные раскрывают секты ресничек с помощью данных коннектомики
Используя 3D-изображения, созданные для картирования связей между клетками мозга, исследователи получают новую информацию о маленьком, неуловимом и часто упускаемом из виду клеточном отростке — первичной ресничке.
Многие клетки нашего тела имеют одну первичную ресничку — органеллу длиной в микрометр, похожую на волосок, которая передаёт клеточные сигналы. Реснички важны для регуляции клеточных процессов, но из-за их малого размера и количества учёным было сложно изучать их в клетках мозга традиционными методами.
В серии статей в Current Biology, Journal of Cell Biology и Proceedings of the National Academy of Sciences исследователи из кампуса Janelia Research Campus HHMI, Института Аллена, Медицинского центра UT Southwestern и Гарвардской медицинской школы использовали сверхвысококачественные 3D-изображения тканей мозга мыши, полученные методом объёмной электронной микроскопии (volume EM) для создания коннектомов. Это дало беспрецедентный взгляд на первичные реснички.
Новые биологические открытия
Реснички печально известны своей сложностью для изучения. В клетках мозга одна ресничка длиной в десятки микрон выступает с поверхности клетки в густую сеть других клеток. Объёмная ЭМ позволяет увидеть десятки ресничек, погружённых в ткань.
«Каждый раз, когда вы заглядываете в эти крупномасштабные объёмные наборы данных, вы видите новую биологию», — говорит Дженнифер Липпинкотт-Шварц, старший автор работ.
Исследование ресничек
Увидев реснички на 3D-изображениях, Кэролайн Отт, старший научный сотрудник, возглавила проекты по их изучению. Команда провела количественное исследование ресничек в клетках зрительной коры мыши.
Результат, опубликованный в Current Biology, — самое подробное на сегодня описание ресничек в этой области мозга, включая:
- Какие типы клеток имеют или не имеют ресничек.
- Структурные различия ресничек на разных типах клеток.
- Расположение ресничек рядом с синапсами — местами передачи сигналов между нейронами.
«Мы знаем, что болезни, связанные с ресничками, могут иметь разные симптомы. Лучшее понимание того, что не все реснички одинаковы, может помочь понять, почему не одинаковы и фенотипы болезней», — говорит Отт.
Изучение развития ресничек
Другая команда под руководством Отт и Сэнди Констебл использовала данные объёмной ЭМ для изучения ресничек на гранулярных клетках мозжечка мыши.
Гранулярные клетки мозжечка — самый многочисленный тип клеток в мозге мыши. У них есть реснички во время развития, но у взрослых клеток их нет. Анализ изображений показал, что у промежуточных клеток многие реснички оказываются закрытыми и скрытыми, что ограничивает их способность детектировать белок, вызывающий пролиферацию. В зрелых клетках реснички полностью разбираются. Однако центриоль — структура, из которой растёт ресничка, — остаётся закреплённой на поверхности зрелых клеток.
Дополнительный анализ, описанный в PNAS, показал, что гены, важные для поддержания ресничек, отключаются по мере созревания клеток. Центриоль на поверхности клетки содержит «закрывающий комплекс», который предотвращает повторный рост реснички.
Эти открытия могут помочь понять тип опухоли мозга, в которой зрелые гранулярные клетки аномально сохраняют реснички, чувствительные к белку пролиферации, что позволяет опухоли расти.
«Теперь рубеж таков: как это вызывает болезнь и можем ли мы что-то сделать для лечения этих пациентов», — говорит Саикат Мукхопадхьяй, соавтор исследования.