В конечностях зародышей человека рассмотрели новые мышцы-атавизмы
Ученые создали трехмерную модель развивающихся конечностей у человеческого зародыша и обнаружили ранее незамеченные мышцы — атавизмы, которые сохранились в эмбриональном развитии еще со времен предковых четвероногих животных. Порядок появления и исчезновения похожих мышц в развитии не совпадает с принятой сейчас эволюцией конечностей, а также различается в руках и ногах — а значит, сходство их строения может быть вторичным, пишут ученые в журнале Development.
Бóльшая часть знаний о развитии частей тела у человека, которыми мы сейчас располагаем, получена в начале ХХ века. Тогда анатомы исследовали мертворожденных и недоношенных младенцев, строили восковые модели их частей тела и изучали гистологические срезы тканей.
Современные технологии позволяют рассмотреть строение зародышей более детально. В 2017 году французские ученые создали трехмерную модель развития человеческого эмбриона в первом триместре беременности. Для этого они окрашивали 36 тел зародышей с помощью 70 разных антител, что помогло им восстановить расположение сосудов, нервов и мышц.
Руи Диого (Rui Diogo) из Медицинского колледжа университета Ховарда и его коллеги воспользовались этими данными, чтобы составить новое, более подробное описание развития конечностей у человеческих эмбрионов. В процессе они подтвердили, что в руках и ногах у них встречаются атавистические мышцы, которых нет у взрослых людей, но есть они, например, у рептилий.
Например, исследователи впервые обнаружили в ногах зародышей мышцу, противопоставляющую мизинец кисти. Она сохранялась у эмбрионов до 11,5 недели развития. Это необычно долго для атавизма: для сравнения, визуально различимый хвост пропадает у зародыша человека примерно к восьмой неделе.
Большинство из атавистичных мышц к моменту рождения исчезают бесследно или сливаются с другими мышцами. Но изредка все они могут встречаться и у взрослых людей — например, у носителей дополнительной 13, 18 или 21 хромосом. Сами по себе атавизмы никак не влияют на жизнь человека — по крайней мере в сравнении с другими патологиями, которые приносит с собой наличие лишней хромосомы. Факт их наличия, однако, позволил авторам работы предположить, что подобные врожденные аномалии могут быть связаны с остановкой или задержкой зародышевого развития.
Исследователи сравнили порядок появления и исчезновения мышц в верхней и нижней конечностях человека. Они обнаружили, что некоторые мышцы, которые похожи друг на друга по строению и функциям, образуются в разное время. Например, червеобразная мышца кисти, которая сгибает фаланги пальцев с указательного по мизинец, дифференцируется раньше соседей, а аналогичная мышца в стопе — последней, когда все остальные мышцы уже сформировались. На основании своих наблюдений авторы заключают, что сходство между мышцами конечностей может быть вторичным, а изначально их строение и развитие существенно различалось.
Наконец, ученые сравнили развитие конечностей человека с развитием других четвероногих животных. Они обнаружили, что порядок дифференциации мышц внутри конечности далеко не всегда совпадает с появлением их в эволюции. Например, среди сгибателей стопы подошвенная мышца развивается последней, хотя возникла она раньше некоторых других мышц.
В XIX веке считалось, что зародышевое развитие полностью воспроизводит эволюционное (в соответствии с биогенетическим законом, «Онтогенез есть рекапитуляция филогенеза»). К концу XX века было неоднократно показано, что не во всех случаях это так, но многие исследователи продолжают искать параллели между развитием и эволюцией. На примере конечностей человеческих зародышей исследователи в очередной раз продемонстрировали, что строгих параллелей между ними не существует.
Ученые то и дело находят в теле человека и других млекопитающих новые органы — хотя они обычно совсем не похожи на органы в привычном понимании этого слова, а скорее напоминают образования внутри тканей. Так, например, в соединительной ткани в 2018 году обнаружили новую структуру для транспорта жидкости, а в костях недавно нашли новый «орган» болевой чувствительности.
Полина Лосева
С помощью модуляции дофаминовой сигнализации
Американские ученые разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий глиальный нейротрофический фактор (GDNF). Введение этого вектора макакам-резусам с симптомами алкоголизма снижало вероятность злоупотребления алкоголя в течение года. Как сообщается в журнале Nature Medicine, такое изменение в поведении сопровождалось нейрофизиологическими модуляциями дофаминовой сигнализации в прилежащем ядре, которая обычно страдает при хроническом употреблении алкоголя. Несмотря на то, что расстройства, связанные с употреблением алкоголя, наносят огромный экономический и социальный ущерб, существует лишь несколько эффективных фармакотерапевтических средств. При этом не существует подходов, которые бы непосредственно воздействовали на лежащие в основе адаптации нейронные контуры, которые формируются при длительном употреблением алкоголя и лежат в основе алкогольной зависимости. Команда ученых под руководством Кристофа Банкевича (Krystof Bankiewicz) из Университета штата Огайо исследовала, как на эти схемы мог бы повлиять глиальный нейротрофический фактор (GDNF), поскольку известно, что он принимает непосредственное участие в регуляции дофаминергических нейронов (они непосредственно связаны с развитием алкоголизма). Для этого авторы разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий GDNF. Поскольку неспособность длительно отказываться от алкоголя и неспособность сократить количество потребляемого алкоголя выступают двумя основными проблемами у людей с алкогольной зависимостью, ученые смоделировали такое поведение у макак. Они многократно повторяли циклы ежедневного опьянения с последующим воздержанием от алкоголя. Когда необходимые паттерны поведения были достигнуты, макаки-резусы четыре недели пили воду вместо этанола. Затем каждой обезьяне в мозг вводили либо экспериментальный, либо контрольный вектор. Через два месяца макакам возобновили доступ к алкоголю на четыре недели. В общей сложности ученые шесть раз повторили циклы принудительного воздержания и повторного введения алкоголя, чтобы смоделировать подобные циклы. Экспериментальный вектор значительно снижал потребление алкоголя в периоды повторного введения алкоголя в течение года (р ≤ 0,001). Причем у макак из экспериментальной группы наблюдалось снижение максимальной дозы потребляемого алкоголя уже в первый день после абстиненции (р ≤ 0,0001). Магнитно-резонансная томография и гистологические исследования тканей мозга показали, что лечение вектором с GDNF восстанавливало дофаминергическую функцию в прилежащем ядре, которая обычно снижена в мезолимбической системе после хронического употребления алкоголя. Повышенная экспрессия GDNF увеличивала доступность и использование дофамина в пути вознаграждения макак до значений, сравнимых со здоровыми макаками. Это доклиническое исследование показывает возможность нового подхода к лечению алкоголизма — с помощью генной терапии. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение подробного профиля безопасности препарата у животных. Недавно мы рассказывали, что тягу к алкоголю (и другим веществам) можно зафиксировать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии.