Közelről nézve a fejlődő recehártya zsúfolt pályaudvarra hasonlít: az idegsejtek egyszerre indulnak el, elmennek egymás mellett, visszafordulnak, és meglepő útvonalakat választanak. Az eredmény mégis pontosan rétegezett szövet. Caren Norden csapata hat és fél évig figyelte ezt a folyamatot átlátszó zebrahalembriókban, és kiderült, hogy az idegsejtek a szomszédaiktól érkező jeleket követik, egyes mozgásaik pedig védik az érő szövetet – a végén pedig te is kipróbálhatod, hogyan igazodsz el a kreatív zűrzavarban.
A legtöbb idegsejt messze születik a végső helyétől. Ahhoz, hogy működő idegrendszer jöjjön létre, ezeknek a sejteknek át kell haladniuk a szöveten, és megérkezésük után működő kapcsolatokat kell kialakítaniuk. A recehártyában és az agy más fejlődő területein van még egy feladat: a sejteknek jól elkülönülő rétegekbe kell rendeződniük. A kutatók ezt a folyamatot neuronális laminációnak nevezik.
Meglepően keveset tudtak arról, hogyan zajlik a lamináció a recehártyában. A kutatások többsége az agykéregre összpontosított, és főként magukat a vándorló sejteket vizsgálta, nem a körülöttük lévő szövetet. Az Európai Kutatási Tanács (ERC) által finanszírozott makingtheretina projekt ezen akart változtatni, és hat és fél év alatt döntő előrelépést hozott abban, hogyan alakul ki a recehártya.
A projekt zebrahallal dolgozott, amely jól bevált modellállat, és ideális a lamináció megfigyelésére. A hal kicsi és átlátszó, gyorsan fejlődik, recehártyája pedig a központi idegrendszer más részeihez képest viszonylag könnyen hozzáférhető.
A kulcstechnika a hosszú távú fényfüzetes (light-sheet) mikroszkópia volt. Egyszerre mindig csak egy vékony szövetsíkot világít meg, ami annyira kíméletes, hogy az embriók napokig egészségesek maradnak. „A hosszú távú fényfüzetes mikroszkópia lehetővé tette, hogy a sejtvándorlást és a laminációt a zebrahalembrióban közvetlenül, a lezajlása közben figyeljük meg” – mondja Caren Norden, a projekt vezető kutatója, korábban a Gulbenkian Molekuláris Orvostudományi Intézet, jelenleg a Cambridge-i Egyetem munkatársa.
A sejtek napokig tartó megfigyelése hatalmas mennyiségű képet eredményez, ezért a biológusokhoz informatikusok és elméleti szakemberek csatlakoztak. Közösen kapcsolták össze a kísérleteket a következőkkel:
„Az egyedi elemzőeszközök lehetővé tették, hogy időben kövessük a sejtmozgásokat, és kinyerjük a sebességeket, irányokat és alakváltozásokat, ami feltárta a recehártya idegsejttípusai által alkalmazott eltérő stratégiákat” – magyarázza Norden. Az előrejelző eszközök és az elméleti modellek segítettek a csapatnak hipotéziseket felállítani arról, mi hajtja a mozgásokat, azokat tesztelni, majd ismételt körökben finomítani.
Amit a csapat eleinte látott, kaotikus idegsejt-„forgalomnak” tűnt. A felszín alatt azonban kivételesen precíz dinamikus szabályozás működött. „Vizsgálataink megmutatták, hogy a pontos szövetszerkezet meglepően zűrzavaros viselkedésből alakul ki. A különböző sejttípusok egyszerre, eltérő stratégiákkal mozognak, és gyakran elmennek egymás mellett, hogy elérjék végső helyüket” – mondja Norden.
Más szóval nincs egyetlen rendezett sor. Többféle idegsejt van egyszerre mozgásban, mindegyik a maga módján halad, és a pontos rétegek csak mindezen utak összegeként jelennek meg.
Jó példa erre a horizontális sejtek esete. Nem követtek rögzített pályákat. Ehelyett minden sejt a saját, megjósolhatatlan útját járta. A kutatók eredetileg azt várták, hogy a szövet fizikai szerkezete irányítja őket, de ez nem így volt.
A horizontális sejteket közvetett sejtkommunikáció irányította – a szomszédos sejtektől érkező kémiai jelek. Kicsit olyan ez, mintha egy új városban úgy találnál utat, hogy figyeled és hallgatod a körülötted lévő embereket, ahelyett hogy a járdára festett vonalat követnéd.
A legmeglepőbb felfedezés a fotoreceptor sejteket érintette. „A legszembetűnőbb, hogy egyes idegsejtmozgások a szövet érését védik. A fotoreceptor sejtek oda-vissza vándoroltak, és visszafordulással átmenetileg szabaddá tették azt a területet, ahol később helyet foglalnak, hogy a szomszédos progenitor sejtek befejezhessék az osztódást” – teszi hozzá Norden.
Egy hibának tűnő mozdulat – eltávolodni a jövőbeli helyünktől, majd visszatérni – tehát valójában célt szolgál: helyet ad a szomszédoknak, hogy befejezhessék a munkájukat. Ugyanezt a „helycsináló” viselkedést emberi retinaorganoidokban is megfigyelték, ami arra utal, hogy megőrzött biológiai stratégiáról van szó.
A projekt megmutatta, hogy a fejlődő recehártya szövetszerkezete és a mozgó sejtek folyamatosan alakítják egymást, miközben a kialakuló szövet védett marad. Ennek szembetűnő jellemzőit emberi retinaorganoidokban figyelték meg, és előfordulhatnak az agy más területein is.
A jövőbeli kutatások az egyes sejtek útja mögötti molekuláris mechanizmusokat vizsgálják majd, valamint azt, mennyire robusztus a neuronális lamináció, beleértve a neuronális vándorlási zavarokban szerepet játszó konkrét kémiai és mechanikai jelekhez fűződő genetikai kapcsolatot. Az orvosi tét itt van. „A neuronok hibás elhelyezkedése áll az olyan állapotok hátterében, mint az epilepszia és az értelmi fogyatékosság. Azzal, hogy kiderítjük, hogyan találják meg a neuronok a helyes pozíciójukat a zebrahal recehártyájában, felépítjük azt a tudást, amely ahhoz kell, hogy megvizsgálhassuk, mi romlik el a neurológiai és idegrendszeri fejlődési zavarokban” – zárja Norden.
A makingtheretina projekt megmutatja, hogy pontos szerkezet nőhet ki abból, ami rendetlenségnek látszik. A fejlődő zebrahal-recehártya idegsejtjei egyszerre mozognak, különböző stratégiákat használnak, a szomszédaiktól érkező kémiai jeleket követik, és néha még vissza is fordulnak, hogy helyet csináljanak másoknak. A modellorganizmusokon végzett kutatás továbbra is alapvető szerepet játszik annak megértésében, hogyan fejlődnek a szövetek és a szervek egészségben és betegségben, a kísérletek számítási és elméleti eszközökkel való kombinálása pedig jelentősen elmélyíti ezt a megértést.
5 kérdés · egy perc
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文