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I ricercatori scoprono che la cella evasiva digita dentro a pesce gli organi sensoriali

Uno degli svantaggi evolutivi per i mammiferi, riguardante altri vertebrati come il pesce ed i polli, è l'incapacità di rigenerare le cellule ciliate sensoriali. Le cellule ciliate interne in nostre orecchie sono responsabili della trasformazione le vibrazioni sonore e delle forze gravitazionali nei segnali elettrici, di che abbiamo bisogno per individuare il suono e mantenere il bilanciamento e l'orientamento spaziale. Determinati insulti, quale l'esposizione a disturbo, antibiotici, o l'età, inducono le cellule ciliate dell'orecchio interno a morire fuori, che piombo a perdita dell'udito ed ai difetti vestibolari, una circostanza riferita da 15% della popolazione dell'adulto degli Stati Uniti. Inoltre, la composizione dello ione del fluido circondando le cellule ciliate deve essere ben controllata, altrimenti la funzione della cellula ciliata è compromessa come osservata nella malattia di Ménière.

Mentre la protesi come gli impianti cocleari può riparare un certo livello di audizione, può essere possibile sviluppare le terapie mediche per riparare l'audizione con la rigenerazione delle cellule ciliate. Il ricercatore Tatjana Piotrowski, PhD, all'istituto di Stowers per ricerca medica fa parte del progetto di ripristino di audizione delle fondamenta di salubrità di audizione, che sono un consorzio dei laboratori che fanno la scienza fondamentale e di traduzione facendo uso del pesce, del pollo, del mouse e dei sistemi della coltura cellulare.

Per guadagnare una comprensione dettagliata dei meccanismi e dei geni molecolari che permettono al pesce di rigenerare le cellule ciliate, dobbiamo capire quali celle provocano le cellule ciliate di rigenerazione e relative a quella domanda, quanti tipi delle cellule esistono negli organi sensoriali.„

Tatjana Piotrowski, PhD, istituto di Stowers per ricerca medica

La rigenerazione di ricerche di laboratorio di Piotrowski delle cellule ciliate sensoriali nella riga laterale di zebrafish. Individuato superficiale sull'interfaccia del pesce, queste celle sono facili da visualizzare ed accedere a per la sperimentazione. Gli organi sensoriali della riga laterale, conosciuti come i neuromasts, contengono le celle di sostegno che possono differenziarsi prontamente nelle nuove cellule ciliate. Altri avevano indicato, facendo uso delle tecniche alle celle del contrassegno della stessa origine embrionale in un colore particolare, che le celle all'interno dei neuromasts derivano dagli agenti d'ispessimento ectodermici chiamati placodes.

Risulta che mentre la maggior parte delle celle del neuromast di zebrafish provengono dai placodes, questo non è vero per tutti.

In un 19 aprile 2021 online pubblicato articolo, in cella inerente allo sviluppo, i ricercatori dal laboratorio di Piotrowski descrivono la loro scoperta dell'avvenimento occasionale di un paio delle celle all'interno dei neuromasts post-embrionali ed adulti che non sono contrassegnati dalla riga laterale indicatori. Nel usando una tecnica ha chiamato Zebrabow per tenere la carreggiata le celle embrionali con lo sviluppo, queste celle sono contrassegnate un colore differente che il resto del neuromast.

“Inizialmente ho pensato che fosse un artefatto del metodo della ricerca,„ dice Julia Peloggia, un ricercatore predoctoral alla scuola post-laurea dell'istituto di Stowers per ricerca medica, il co-primo autore di questo lavoro con un altro ricercatore predoctoral, Daniela Münch. “Particolarmente quando stiamo osservando appena i nuclei delle celle, è abbastanza comune nelle righe animali transgeniche che i contrassegni non tracciano tutte celle,„ aggiunge Münch.

Peloggia e Münch hanno acconsentito che era difficile da discernere inizialmente un reticolo. “Sebbene queste celle abbiano una posizione stereotipata nel neuromast, non sono sempre là. Alcuni neuromasts le hanno, alcuni non fanno e quello ci ha gettati fuori,„ dice Peloggia.

Applicando un metodo sperimentale ha chiamato il RNA unicellulare che ordina alle celle isolate dalla cella fluorescenza-attivata che ordina, i ricercatori ha identificato queste celle come ionocytes-; un tipo specializzato di cella che può regolamentare la composizione ionica di liquido vicino. Facendo uso del tracciato di stirpe, hanno determinato che gli ionocytes sono derivato dalle cellule epiteliali che circondano il neuromast. Hanno nominato queste celle ionocytes neuromast-associati.

Dopo, hanno cercato di catturare il fenomeno facendo uso della rappresentazione in tensione al rallentatore ed ad alta definizione di giovani larve.

“In principio, non abbiamo avuti un modo avviare l'invasione da queste celle. Eravamo la rappresentazione ogni volta che il microscopio era disponibile, catturante altrettante riprese temporizzate come possibili; durante i giorni o i fine settimana; e sperando che vediamo le celle invadere i neuromasts appena per caso,„ dice Münch.

Infine, i ricercatori hanno osservato che le celle del progenitore dello ionocyte hanno migrato nei neuromasts come paia delle celle, riorganizzando fra altre celle di sostegno e le cellule ciliate mentre rimanevano associate come paio. Hanno trovato che questo fenomeno ha accaduto tutti in tutto larvale larvale e successivo iniziale e bene nelle fasi adulte in zebrafish. La frequenza degli ionocytes neuromast-associati ha correlato con le fasi inerenti allo sviluppo, compreso i trasferimenti quando le larve sono state mosse del dal media ricco di ione dell'embrione verso l'acqua del ione-povero.

Da ogni paio, hanno determinato che soltanto una cella è stata contrassegnata da un reporter di via della tacca etichettato con proteina rossa o verde fluorescente. Per prevedere la morfologia di entrambe le celle, hanno usato la microscopia elettronica seriale di scansione della fronte di taglio del blocco per generare le immagini tridimensionali ad alta definizione. Hanno trovato che entrambe le celle hanno avute estensioni raggiungere la superficie apicale o superiore del neuromast ed entrambe hanno contenuto spesso le proiezioni sottili. La cella Tacca-negativa video i microvilli “del tipo di spazzolino da denti„ unici che aggettano nel lumen o nell'interno del neuromast, rievocativo di quello veduto negli ionocytes dell'interfaccia e della branchia.

“Una volta che potessimo vedere la morfologia di queste celle; come erano realmente protrusive ed interagenti con altre celle; abbiamo realizzato che potrebbero avere una funzione complessa nel neuromast,„ dice Münch.

“I nostri studi sono i primi per indicare che gli ionocytes invadono gli organi sensoriali anche in animali adulti e che agiscono in tal modo soltanto in risposta ai cambiamenti nell'ambiente che le vite animali dentro,„ dice Peloggia. “Queste celle quindi probabilmente svolgono un ruolo importante permettendo che l'animale si adatti a cambiare le condizioni ambientali.„

Ionocytes è conosciuto per esistere in altri sistemi dell'organo. “L'orecchio interno dei mammiferi egualmente contiene le celle che regolamentano la composizione dello ione del liquido che circonda le cellule ciliate e il dysregulation di questo equilibrio piombo all'udito e difetti vestibolari,„ dice Piotrowski. Mentre le celle del tipo di ionocyte esistono in altri sistemi, non è conosciuto se esibiscono tale comportamento adattabile e dilagante.

“Non sappiamo se gli ionocytes dell'orecchio dividono lo stesso transcriptome, o raccolta dei messaggi del gene, ma hanno simile morfologia in misura e possono possibilmente avere una simile funzione, in modo da pensiamo che potrebbero essere celle analoghe, “dice Münch. La nostra scoperta degli ionocytes del neuromast ci lascerà verificare questa ipotesi come pure prova come gli ionocytes modulano la funzione della cellula ciliata al livello molecolare,„ dice Peloggia.

Dopo, i ricercatori metteranno a fuoco su due domande riferite; che cosa induce questi ionocytes a migrare ed invadere il neuromast e che cosa è la loro funzione specifica?

“Anche se abbiamo fatto questa osservazione sbalordente che gli ionocytes sono altamente mobili, ancora non sappiamo l'invasione è avviata,„ diciamo Peloggia. “Identificare i segnali che attirano gli ionocytes e li permettono di schiacciare negli organi sensoriali potrebbe anche insegnarci come le cellule tumorali invadono gli organi durante la malattia.„ Mentre Peloggia pianificazione studiare che grilletti le celle da differenziarsi, migrare ed invadere, Münch metteranno a fuoco sulla caratterizzazione della funzione degli ionocytes neuromast-associati. “La parte adattabile è realmente interessante,„ spiega Münch. “Che c'è un trattamento che comprende gli ionocytes che avanzano nelle fasi adulte che potrebbero modulare e cambia la funzione di un organo; quello è emozionante.„

Source:
Journal reference:

Peloggia, J., et al. (2021) Adaptive cell invasion maintains lateral line organ homeostasis in response to environmental changes. Developmental Cell. doi.org/10.1016/j.devcel.2021.03.027.