Клетки червей трансформируются для улучшения спаривания
Исследователи из UCL обнаружили в червях клетку, которая при созревании самцов превращается в совершенно другой тип клеток, играя ключевую роль в брачном поведении. Учёные считают, что их открытие, опубликованное в eLife, может привести к новым клиническим применениям, если удастся воспроизвести механизм перепрограммирования клеток для выполнения новых функций.
Ведущий автор доктор Ричард Пул (UCL Cell & Developmental Biology) отметил: «В отличие от поведения, которое обычно гибко и изменчиво, развитие должно быть последовательным. Считается, что идентичность клетки с определённой функцией фиксирована на протяжении всей жизни животного. Но здесь мы подробно описываем случай специализированной клетки, которая позже в жизни животного переключается на новый тип клеток с совершенно несвязанной функцией».
Это второй случай, когда исследовательская группа идентифицировала новый нейрон у круглого червя C. elegans. В 2015 году они обнаружили пару нейронов у самцов, которые позволяют им помнить и искать секс даже в ущерб пище.
Ведущий автор доктор Аранца Барриос (UCL Cell & Developmental Biology) сказала: «Червь C. elegans был тщательно изучен как модельный организм, поэтому мы были удивлены, снова обнаружив тип нейрона, который ещё не был идентифицирован».
Исследователи изучали глиальную клетку — не нейрональную клетку, присутствующую в нервной системе животных. Эта конкретная глиальная клетка является ключевым компонентом отверстия в коже червя, позволяющего ему ощущать внешний мир.
Однако учёные обнаружили, что исключительно у самцов эта клетка приобретает новую идентичность по мере приближения животного к половой зрелости. Глиальная клетка у самцов превращается в ранее не идентифицированный сенсорный нейрон в результате необычного процесса, называемого трансдифференцировкой, или прямым переключением клеточной идентичности. В качестве нейрона эта клетка позволяет самцам червей улучшить свою технику спаривания.
В исследовании использовались молекулярные инструменты для измерения или подавления нейронной активности и микролазеры для удаления нейронов у живых активных животных. Было обнаружено, что клетка ощущает позу тела червя и обеспечивает непрерывное движение назад вдоль тела партнёрши на определённых этапах брачной последовательности. Один из таких этапов — новообнаруженное корректирующее движение, когда червю трудно ввести свои спикулы (эквивалент пениса червя), которое исследователи назвали «Манёвр Молины» (так как его первой заметила один из основных авторов исследования, доктор Лаура Молина-Гарсия из UCL Cell & Developmental Biology).
В природе идентифицировано лишь несколько примеров таких прямых переключений типа клеток. Хотя они не были обнаружены у людей или других позвоночных, исследователи полагают, что такие переключения могут быть более распространены в животном мире, чем мы думаем, и возможно, что некоторые человеческие клетки могут претерпевать подобные изменения при определённых условиях.
Доктор Пул заявил: «Наши выводы подтверждают идею о том, что клеточная идентичность более гибка, чем считалось ранее. Выявление механизмов, регулирующих это естественное переключение типа клеток в будущих исследованиях, поможет понять такие процессы, как нейрорегенерация и восстановление после травм. Результаты также могут быть применены для разработки более совершенных и эффективных методов перепрограммирования клеток в лаборатории, что является широко используемой стратегией для клеточной заместительной терапии при таких состояниях, как травмы спинного мозга и нейродегенеративные заболевания, включая болезни Паркинсона и Хантингтона».
Доктор Барриос добавила: «Более глубокое понимание того, как движения животных направляются сенсорной обратной связью, также может быть полезно в робототехнике для улучшения выполнения поведенческих последовательностей».