Zblízka vyzerá vyvíjajúca sa sietnica ako preplnená stanica: nervové bunky vyrážajú všetky naraz, míňajú sa, vracajú sa a volia prekvapivé cesty. Napriek tomu z toho vzniká presne vrstvené tkanivo. Tím okolo Caren Norden sledoval tento proces šesť a pol roka v priehľadných embryách danio pruhovaného a zistil, že neuróny sa riadia signálmi od susedov a že niektoré ich pohyby chránia dozrievajúce tkanivo – a na konci si môžeš overiť, ako sa v tvorivom chaose orientuješ ty.
Väčšina neurónov sa rodí ďaleko od svojho cieľového miesta. Aby mohla vzniknúť fungujúca nervová sústava, musia tieto bunky prejsť tkanivom a po príchode vytvoriť funkčné spojenia. V sietnici a v ďalších vyvíjajúcich sa oblastiach mozgu je tu ešte jedna úloha: bunky sa musia usporiadať do zreteľných vrstiev. Vedci tento proces nazývajú neuronálna laminácia.
O tom, ako laminácia v sietnici prebieha, sa prekvapivo málo vedelo. Väčšina výskumu sa sústredila na mozgovú kôru a skúmala hlavne samotné migrujúce bunky, nie okolité tkanivo. Projekt makingtheretina financovaný Európskou radou pre výskum (ERC) sa rozhodol to zmeniť a za šesť a pol roka priniesol zásadný posun v chápaní toho, ako sa sietnica vytvára.
Projekt pracoval s danio pruhovaným, osvedčeným modelovým zvieraťom, ktoré je na pozorovanie laminácie ideálne. Ryba je malá a priehľadná, rýchlo sa vyvíja a jej sietnica je v porovnaní s inými časťami centrálnej nervovej sústavy relatívne dobre dostupná.
Kľúčovou technikou bola dlhodobá mikroskopia svetelného listu. Osvetľuje vždy iba jednu tenkú rovinu tkaniva, čo je také šetrné, že embryá zostávajú niekoľko dní zdravé. „Dlhodobá mikroskopia svetelného listu nám umožnila sledovať migráciu buniek a lamináciu v embryu danio priamo počas jej priebehu,“ hovorí hlavná riešiteľka Caren Norden, predtým z Gulbenkianovho inštitútu molekulárnej medicíny a teraz z Univerzity v Cambridgei.
Sledovanie buniek niekoľko dní vytvára obrovské množstvo snímok, a tak sa k biológom pridali informatici a teoretici. Spoločne prepojili experimenty s:
„Vlastné analytické nástroje nám umožnili sledovať pohyby buniek v čase a získať rýchlosti, smery a zmeny tvaru, čím sa odhalili odlišné stratégie, ktoré používajú jednotlivé typy neurónov sietnice,“ vysvetľuje Norden. Prediktívne nástroje a teoretické modely pomohli tímu vytvárať hypotézy o tom, čo pohyby riadi, testovať ich a v opakovaných kolách spresňovať.
To, čo tím spočiatku videl, vyzeralo ako chaotická neuronálna „premávka“. Pod povrchom sa však skrývala výnimočne presná dynamická kontrola. „Naše štúdie ukázali, že presná štruktúra tkaniva vzniká z prekvapivo chaotického správania. Rôzne typy buniek sa pohybujú súčasne a každý používa inú stratégiu, často sa pritom míňajú, aby dosiahli svoje cieľové miesto,“ hovorí Norden.
Inými slovami, žiadny jediný usporiadaný rad neexistuje. Niekoľko typov neurónov je v pohybe v rovnakom okamihu, každý putuje po svojom a presné vrstvy vznikajú až ako súčet všetkých týchto ciest.
Dobrým príkladom sú horizontálne bunky. Nesledovali pevné dráhy. Každá bunka sa naopak vydala vlastnou nepredvídateľnou cestou. Výskumníci pôvodne čakali, že ich povedie fyzická štruktúra tkaniva, ale tak to nebolo.
Horizontálne bunky riadila nepriama komunikácia medzi bunkami – chemické signály prichádzajúce od susedných buniek. Je to trochu, ako keď hľadáš cestu v novom meste tak, že pozoruješ a počúvaš ľudí okolo seba, a nie podľa čiary namaľovanej na chodníku.
Najprekvapivejšie zistenie sa týkalo fotoreceptorov. „Najnápadnejšie je, že niektoré pohyby neurónov slúžia na ochranu dozrievania tkaniva. Fotoreceptory putovali sem a tam a obrátkou späť dočasne uvoľnili priestor, kde neskôr sídlili, aby susedné progenitorové bunky mohli dokončiť delenie,“ dopĺňa Norden.
Pohyb, ktorý vyzerá ako chyba – vzdialiť sa od svojho budúceho miesta a potom sa vrátiť – má teda v skutočnosti svoj účel: dáva susedom priestor dokončiť prácu. Rovnaké „uvoľňovanie miesta“ sa pozorovalo aj v ľudských sietnicových organoidoch, čo naznačuje, že ide o zachovanú biologickú stratégiu.
Projekt ukázal, že tkanivová štruktúra vyvíjajúcej sa sietnice a pohybujúce sa bunky sa neustále navzájom formujú, zatiaľ čo sa tvoriace tkanivo zostáva chránené. Nápadné črty tohto javu sa pozorovali v ľudských sietnicových organoidoch a môžu sa vyskytovať aj v iných oblastiach mozgu.
Budúci výskum sa zameria na molekulárne mechanizmy za cestou každej bunky a na to, aká odolná je neuronálna laminácia, vrátane genetickej väzby na konkrétne chemické a mechanické signály pri poruchách neuronálnej migrácie. Práve tu ide v medicíne o najviac. „Chybné umiestnenie neurónov stojí za ochoreniami, ako sú epilepsia a mentálne postihnutie. Tým, že zisťujeme, ako neuróny nachádzajú správne pozície v sietnici danio, budujeme porozumenie potrebné na to, aby sme mohli skúmať, čo sa deje zle pri neurologických a neurovývinových poruchách,“ uzatvára Norden.
Projekt makingtheretina ukazuje, že presná štruktúra môže vyrásť z toho, čo vyzerá ako neporiadok. Neuróny vo vyvíjajúcej sa sietnici danio sa pohybujú súčasne, používajú rôzne stratégie, riadia sa chemickými signálmi od susedov a niekedy sa dokonca vracajú, aby uvoľnili miesto ostatným. Výskum na modelových organizmoch má naďalej zásadnú úlohu pri chápaní toho, ako sa tkanivá a orgány vyvíjajú v zdraví aj chorobe, a spojenie experimentov s výpočtovými a teoretickými nástrojmi toto chápanie výrazne prehlbuje.
5 otázok · jedna minúta
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文