zhrnutie: Výskumníci odhaľujú úlohu cytonémov, výbežkov tenkých buniek, v neurálnom vývoji. Tieto vlasové štruktúry uľahčujú priamy prenos signálu cez bunky, čím ovplyvňujú vývoj nervového systému.

Vizualizáciou funkcie cytonémov výskumníci objavili ich úlohu pri vytváraní signálnych gradientov a transporte dôležitých molekúl, ako je Sonic hedgehog počas vývoja tkaniva cicavcov. Zhoršená funkcia cytonemy viedla k neuronálnym defektom v myšacích modeloch.

Táto štúdia vrhá svetlo na mechanizmy, ktoré boli predtým v evolučnej biológii nepolapiteľné, čím sa otvárajú nové cesty pre výskum v tejto oblasti.

Kľúčové fakty:

1. Cytonémy sú tenké výbežky na bunkách, ktoré slúžia ako priame cesty na prenos signálu na veľké vzdialenosti.
2. Štúdia odhaľuje úlohu cytonémov pri vytváraní signálnych gradientov a transporte základných molekúl počas neurálneho vývoja.
3. Zhoršená funkcia cytonemy vedie k vývojovým defektom v nervovej trubici, čo zdôrazňuje jej význam vo vývoji tkaniva cicavcov.

zdroj: Detská výskumná nemocnica St. Jude

Vedci z Detskej výskumnej nemocnice St. Jude zistili, že cytonémy (tenké, dlhé, vlasom podobné výbežky na bunkách) sú dôležité počas neurálneho vývoja. Cytonémy spájajú bunky, ktoré komunikujú na veľké vzdialenosti, ale je ťažké ich zachytiť mikroskopickým vyšetrením v tkanivách vyvíjajúcich sa stavovcov.

Vedci sú prví, ktorí našli spôsob, ako si predstaviť, ako cytonémy prenášajú signálne molekuly počas vývoja nervového systému cicavcov.

Výsledky boli zverejnené v r bunka.

„Ukázali sme, že cytonémy sú priamou cestou na prenos signálu,“ povedala zodpovedajúca autorka Stacy Ogden, Ph.D., Katedra bunkovej a molekulárnej biológie v St. Jude.

„Bunky musia medzi sebou komunikovať počas rastu a homeostázy tkanív a musia byť schopné osloviť viac než len svojich susedov. Identifikovali sme jeden spôsob, ktorým sa signály načítavajú do cytonémov na prenos do odpovedajúcich bunkových populácií, a preukázali sme, že vzorovanie tkanív robí nedochádza správne, keď je to ohrozené.“ Vzor rozptylu signálu.

Rýchle dodanie signálu pripraví nervový systém na úspech

Výskumníci v laboratóriu Ogden boli prví, ktorí vizualizovali cytonémy cicavcov vo vyvíjajúcom sa nervovom systéme kombináciou moderných mikroskopických techník s optimalizovanými prípravkami vzoriek.

„Po dlhú dobu bola vizualizácia týchto štruktúr vo vývoji cicavčieho tkaniva náročná,“ povedal Ogden. „Ale nakoniec sme našli spôsob.“

Pomocou svojich nových metód vedci zachytili obrázky toho, ako cytonémy fungujú ako „expresný“ systém, ktorý dokáže preskočiť prekrývajúce sa bunky a doručiť signály priamo do buniek ďalej, podobne ako expresné metro, ktoré zastavuje iba na hlavných staniciach.

Jednou z kľúčových staníc je notochord, ktorý produkuje signál, ktorý hrá kľúčovú úlohu pri regulácii vývoja miechy. Ogdenov tím zachytil obrázky transportného procesu, ktorý sa vyskytuje v cytonémach vystupujúcich z notochordu.

Keď výskumníci zablokovali vstup signálnych proteínov do cytonémov, neurálny vývoj bol na myších modeloch narušený, čo spôsobilo veľké neurologické defekty.

„Toto je prvý dôkaz transferov závislých od cytonémov, ku ktorým dochádza počas vývoja komplexných tkanív cicavcov, ako je nervová trubica,“ povedal Ogden. „Potom sme ukázali, že keď znížime počet cytonemov alebo znížime schopnosť buniek načítať signálne proteíny do týchto štruktúr, dostaneme rastové defekty.“

Cytonémový transport pomáha určiť gradient

Vývoj cicavcov je starostlivo riadený proces, ktorý musí byť koordinovaný, aby sa všetky orgány a tkanivá vytvorili správne. Jedným zo spôsobov, ako bunky vedia, kedy majú prijať špecifický osud, je reagovať na odlišné prahové hodnoty signálnych proteínov nazývaných morfogény.

Bunky budú reagovať odlišne na tieto signály cez signálový gradient, pričom získajú rôzne vlastnosti v reakcii na vysoké a nízke koncentrácie konkrétneho morfogénu. Dobrá progresia je nevyhnutná pre rozvoj; Zlé hodnotenie môže spôsobiť katastrofu.

Napriek ich dôležitosti, ako sa tieto vzorce morfogénov vytvárajú v rámci organizovaných bunkových domén, zostáva záhadou. Jednoduchá difúzia môže vysvetliť niektoré, ale nie všetky tieto gradienty.

Nervový deficit, ktorý vznikol, keď vedci zablokovali vstup signálov do cytonémov, poskytuje dôkazy podporujúce kľúčovú úlohu signalizácie cytonémov počas vzorovania morfogénov.

„Tento deficit je vlastne prvým priamym dôkazom toho, že signalizácia založená na cytomeme hrá hlavnú úlohu pri tvorbe neurálnej trubice, “ povedal Ogden.

Prenos Sonic the Hedgehog cez cytonemy

Skupina St. Jude demonštrovala jeden spôsob, ktorým sa v nervovej trubici generuje gradient morfogénu Sonic hedgehog. Sonic hedgehog bol už známy ako dôležitá signálna molekula v nervovom vývoji, ale bolo ťažké zistiť jeho cestu k cieľovým bunkám.

Štúdia identifikovala cytonémy ako hlavných prispievateľov k rozlíšeniu, ktoré vytvára signálny gradient Sonic Hedgehog. Naopak, keď Sonic hedgehog nemôže byť naložený do cytoném, jeho signalizačná funkcia je ohrozená.

„V oblasti výskumu signalizácie morfogénu sme vždy chceli vedieť, ako signál putuje z jednej populácie buniek, aby sa šíril cez populáciu recipientných buniek, aby vytvoril gradient, “ povedal Odgen.

„Je naozaj vzrušujúce ukázať, že bunky, ktoré produkujú morfogénne signály, zohrávajú aktívnu úlohu pri ich premiestňovaní cez cytonémy tam, kde potrebujú. Signalizačná bunka nielenže vytvára morfogén, ale pomáha aj pri skutočnej komunikácii signálu.“

Čo zostáva nejasné, je rozsah, v akom je rozšírený rýchly transport signálnych proteínov do cytonému.

„Tu sme použili Sonic the Hedgehog ako model,“ povedal Ogden. „Máme však aj dôkaz, že tieto štruktúry môžu byť dôležité pre prenos iných signálov, ktoré sú rozhodujúce počas vývoja neurálnej trubice. Teraz, keď sme vyvinuli systém na vizualizáciu týchto cytonémov, môžeme začať odhaľovať skutočný rozsah ich funkcie.“

Autori a financovanie

Prvým autorom štúdie je Eric Hall of St. Jude. Ďalšími autormi štúdie sú Miriam Dillard, Elizabeth Cleverdon, Yan Zhang, Christina Daly, Shariq Ansari, Randall Wakefield, Daniel Stewart, Shaundra Pruitt-Miller, Alfonso Lavado, Alex Carisi, Amanda Johnson, Yongdong Wang, Emma Sellner a Michael Tanis . a Young Sang Ryu, Kaminzind Robinson a Jeffrey Steinberg, všetci zo St. Jude.

Financovanie: Štúdia bola podporená grantmi od National Institutes of Health (R35GM122546 a F31HD110256), National Cancer Institute (P30CA021765 St. Jude Cancer Center Support Grant) a ALSAC, fundraisingovej a osvetovej organizácie v St. Jude.

O novinkách z neurovývojového výskumu

autor: Ray Rushing
zdroj: Detská výskumná nemocnica St. Jude
komunikácia: Ray Rushing – Detská výskumná nemocnica St. Jude
obrázok: Obrázok pripísaný Neuroscience News

Pôvodné vyhľadávanie: Otvorený prístup.
„Cytónová signalizácia poskytuje zásadný príspevok k vzorovaniu tkaniva cicavcov„Od Stacey Ogden a kol. bunka

Súhrn

Cytónová signalizácia poskytuje zásadný príspevok k vzorovaniu tkaniva cicavcov

Zvýraznenie

• Štiepenie messengerom podporuje recykláciu endocytov sonických ježkov a nakladanie cytonemov
• Cytonémy prispievajú k šíreniu Sonic hedgehog počas neurovývoja
• Myozín 10 podporuje tvorbu neuronálnych cytonémov pre transport SHH a WNT
• Cytogenetická dysfunkcia zhoršuje špecifikáciu neurónového osudu

zhrnutie

Počas vývoja morfogény formujú tkanivá riadením bunkového osudu na veľké vzdialenosti. Priamo vizualizujte transport morfogénu Na mieste Nebol dostupný, a preto molekulárne mechanizmy zabezpečujúce úspešné dodanie morfogénu zostávajú nejasné.

Na vyriešenie tohto dlhodobého problému sme vyvinuli myšací model prenikajúceho dodávania morfogénu Sonic hedgehog (SHH) a zistili sme, že bunková recyklácia podporuje nakladanie SHH do signalizačných filopódií nazývaných cytonémy.

Zlepšili sme naše metódy uchovávania In vivo Cytonémy pre pokročilú mikroskopiu a demonštráciu endogénneho SHH lokalizovaného v cytonémach vo vyvíjajúcich sa myších nervových trubiciach.

Deplécia SHH z cytoném neurálnej trubice mení osud neurónov a zhoršuje vývoj neurónov. Mutácia myozínového mitotického motora 10 (MYO10) vedie k zníženiu dĺžky a hustoty cytonemy, čo zhoršuje neuronálnu signalizačnú aktivitu SHH aj WNT.

Tieto výsledky spoločne ukazujú, že transdukcia signálu založená na cytomeme poskytuje zásadný príspevok k disperzii morfogénu počas vývoja tkaniva cicavcov a naznačujú, že MYO10 je kľúčovým regulátorom funkcie cytonému.