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Os pesquisadores descobrem que a pilha indescritível dactilografa dentro a peixes órgãos sensoriais

Uma das desvantagens evolucionárias para mamíferos, relativo a outros animais vertebrados gosta de peixes e as galinhas, são a incapacidade regenerar pilhas de cabelo sensorial. As pilhas de cabelo internas em nossas orelhas são responsáveis para transformar vibrações sadias e forças gravitacionais nos sinais elétricos, que nós precisamos de detectar o som e manter o balanço e a orientação espacial. Determinados insultos, tais como a exposição ao ruído, antibióticos, ou idade, fazem com que as pilhas de cabelo da orelha interna morram fora, que conduz à perda da audição e aos defeitos vestibular, uma circunstância relatada por 15% da população do adulto dos E.U. Além, a composição do íon do fluido cercando as pilhas de cabelo precisa de ser controlada firmemente, se não a função da pilha de cabelo é comprometida como observada na doença de Ménière.

Quando as próteses como implantes cocleários puderem restaurar algum nível de audição, pode ser possível desenvolver terapias médicas para restaurar a audição com a regeneração de pilhas de cabelo. O investigador Tatjana Piotrowski, PhD, no instituto de Stowers para a investigação médica é parte do projecto da restauração da audição da fundação da saúde da audição, que é um consórcio de laboratórios que fazem a ciência fundacional e translational usando peixes, galinha, rato, e sistemas da cultura celular.

Para ganhar uma compreensão detalhada dos mecanismos e dos genes moleculars que permitem peixes de regenerar pilhas de cabelo, nós precisamos de compreender que pilhas causam pilhas de cabelo da regeneração e relativas a essa pergunta, quantos tipos da pilha existem nos órgãos sensoriais.”

Tatjana Piotrowski, PhD, instituto de Stowers para a investigação médica

A regeneração dos estudos de laboratório de Piotrowski de pilhas de cabelo sensorial na linha lateral dos zebrafish. Localizado superficially na pele do peixe, estas pilhas são fáceis de visualizar e alcançar para a experimentação. Os órgãos sensoriais da linha lateral, conhecidos como neuromasts, contêm as pilhas do apoio que podem prontamente se diferenciar em pilhas de cabelo novas. Outro tinham mostrado, usando técnicas às pilhas da etiqueta da mesma origem embrionária em uma cor particular, que as pilhas dentro dos neuromasts se derivam dos thickenings ectodérmicos chamados placodes.

Despeja que quando a maioria de pilhas do neuromast dos zebrafish originarem dos placodes, isto não é verdadeira para todo.

Em um 19 de abril de 2021 em linha publicado papel, na pilha desenvolvente, os pesquisadores do laboratório de Piotrowski descrevem sua descoberta da ocorrência ocasional de um par de pilhas dentro dos neuromasts cargo-embrionários e adultos que não são etiquetados pela linha lateral marcadores. Ao usar uma técnica chamou Zebrabow às células embrionárias de trilha com a revelação, estas pilhas são etiquetadas uma cor diferente do que o resto do neuromast.

“Eu pensei inicialmente que era um produto manufacturado do método da pesquisa,” diz Julia Peloggia, um pesquisador predoctoral na escola do instituto de Stowers para a investigação médica, co-primeiro autor deste trabalho junto com um outro pesquisador predoctoral, Daniela Münch. “Especialmente quando nós estamos olhando apenas nos núcleos das pilhas, é consideravelmente comum em linhas animais transgénicas que as etiquetas não marcam todas as pilhas,” adiciona Münch.

Peloggia e Münch concordaram que era difícil distinguir no início um teste padrão. “Embora estas pilhas têm um lugar estereotípico no neuromast, não são sempre lá. Alguns neuromasts têm-nos, alguns não fazem, e aquele jogou-nos fora,” diz Peloggia.

Aplicando um método experimental chamou único-pilha RNA que arranja em seqüência às pilhas isoladas pela pilha fluorescência-ativada que classifica, os pesquisadores identificou estas pilhas como o ionocytes-; um tipo especializado de pilha que possa regular a composição iónica do líquido próximo. Usando o traçado da linhagem, determinaram que os ionocytes se derivaram das células epiteliais que cercam o neuromast. Nomearam estas pilhas ionocytes neuromast-associados.

Em seguida, procuraram capturar o fenômeno usando a imagem lactente viva do tempo-lapso e da alta resolução de larvas novas.

“No início, nós não tivemos uma maneira de provocar a invasão por estas pilhas. Nós éramos imagem lactente sempre que o microscópio estava disponível, tomando tantos como tempo-lapsos como possíveis; sobre dias ou fins de semana; e esperando que nós veríamos as pilhas invadir os neuromasts apenas por acaso,” diz Münch.

Finalmente, os pesquisadores observaram que as pilhas do ancestral do ionocyte migraram em neuromasts como pares de pilhas, rearranjando entre outras pilhas do apoio e pilhas de cabelo ao permanecer associadas como um par. Encontraram que este fenômeno ocorreu tudo durante todo larval larval, mais atrasado adiantado, e bem nas fases adultas nos zebrafish. A freqüência de ionocytes neuromast-associados correlacionou com as fases desenvolventes, incluindo transferências quando as larvas foram movidas do media íon-rico do embrião para a água íon-deficiente.

De cada par, determinaram que somente de uma célula foi etiquetado por um repórter do caminho do entalhe etiquetado com a proteína vermelha ou verde fluorescente. Para visualizar a morfologia de ambas as pilhas, usaram a microscopia de elétron de série da exploração da face do bloco para gerar imagens tridimensionais de alta resolução. Encontraram que ambas as pilhas tiveram extensões alcançar a superfície apical ou superior do neuromast, e ambas contiveram frequentemente projecções finas. A pilha Entalhe-negativa indicou original “escova de dentes-como” os microvilli que projectam-se no lúmen ou no interior do neuromast, reminiscente daquele considerado em ionocytes da brânquia e da pele.

“Uma vez que nós podíamos ver a morfologia destas pilhas; como eram realmente protrusive e interagindo com outras pilhas; nós realizamos que puderam ter uma função complexa no neuromast,” diz Münch.

“Nossos estudos são os primeiros para mostrar que os ionocytes invadem órgãos sensoriais mesmo em animais adultos e que fazem somente assim em resposta às mudanças no ambiente que as vidas animais dentro,” diz Peloggia. “Estas pilhas conseqüentemente jogam provavelmente um papel importante permitindo que o animal adapte-se a mudar circunstâncias ambientais.”

Ionocytes é conhecido para existir em outros sistemas do órgão. “A orelha interna dos mamíferos igualmente contem as pilhas que regulam a composição do íon do líquido que cerca as pilhas de cabelo, e o dysregulation deste equilíbrio conduz à audição e defeitos vestibular,” diz Piotrowski. Quando ionocyte-como pilhas exista em outros sistemas, não se sabe se exibem tal comportamento adaptável e invasor.

“Nós não sabemos se os ionocytes da orelha compartilham do mesmo transcriptome, ou coleção de mensagens do gene, mas têm a morfologia similar a uma extensão e podem possivelmente ter uma função similar, assim que nós pensamos que puderam ser pilhas análogas, “diz Münch. Nossa descoberta de ionocytes do neuromast deixar-nos-á testar esta hipótese, assim como testá-la-á como os ionocytes modulam a função da pilha de cabelo a nível molecular,” diz Peloggia.

Em seguida, os pesquisadores centrar-se-ão sobre duas perguntas relativas; que fazem com que estes ionocytes migrem e invadam o neuromast, e que é sua função específica?

“Mesmo que nós fizemos esta observação surpreendente que os ionocytes são altamente motile, nós ainda não sabemos a invasão é provocada,” dizemos Peloggia. “Identificar os sinais que atraem ionocytes e permitem que espremam nos órgãos sensoriais pôde igualmente ensinar-nos como as células cancerosas invadem órgãos durante a doença.” Quando Peloggia planear investigar que disparadores as pilhas a se diferenciar, migrar, e invadir, Münch se centrarão sobre a caracterização da função dos ionocytes neuromast-associados. “A parte adaptável é realmente interessante,” explica Münch. “Que há um processo que envolve os ionocytes que estendem nas fases adultas que poderiam modular e muda a função de um órgão; isso é emocionante.”

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.