Ученые создали 3D-атлас внутрисердечной нервной системы крысы
Ученые создали трехмерную реконструкцию внутрисердечной нервной системы крысы, на которой отразили анатомическое положение и молекулярный фенотип нейронов. Для создания атласа совместили два метода: сканирующую микроскопию с бриллиантовым лезвием для анатомической реконструкции и лазерную захватывающую микродиссекцию для анализа экспрессии генов в отдельных клетках. Авторы работы, опубликованной в журнале iScience, отмечают, что разработанную ими методику можно использовать на других органах и животных.
В последние годы появляется все больше атласов мозга млекопитающих: трехмерных, интерактивных, с разрешением до отельных клеток и указанием молекулярных фенотипов нейронов. Однако собственный нервный аппарат есть и у других органов, например, у кишечника или сердца, и для них столь подробных реконструкций не существует.
У сердца есть собственная автономная проводящая система, которая задает сердечный ритм и координирует сокращение разных отделов. Кроме того, сердце получает сигналы от центральной нервной системы, а локально работу этого органа регулирует внутрисердечная нервная система. Функциональная организация последней изучена слабо; точное расположение нейронов различных фенотипов не картировано.
Ученые из США под руководством Джеймса Швабера (James Schwaber) из Университета Томаса Джефферсона объединили два подхода для создания трехмерного атласа внутрисердечной нервной системы крыс. Реконструкцию 3D-структуры сердца на клеточном (нейронном) уровне выполнили с помощью сканирующей микроскопии с использованием бриллиантового ножа. Эта технология позволяет получать изображения свежих срезов прямо с лезвия, затем двумерные картинки можно объединять в объемную схему.
На втором этапе исследователи получали замороженные срезы сердца, окрашивали нервную ткань по Нисслю и выделяли отельные клетки методом лазерной захватывающей микродиссекции (он позволяет изолировать клетки, не повреждая их). Фотографии срезов объединяли в трехмерное изображение, а в выделенных нейронах анализировали экспрессию генов по количеству их матричной РНК. Информацию о молекулярном фенотипе нейронов объединяли с 3D-реконструкцией сердца.
Основная часть нейронов внутрисердечной нервной системы крысы располагается в компактной области на задней стороне предсердий, которая напоминает по форме запятую.
Для второго этапа анализа извлекли 151 нейрон, в каждом из них определили уровень экспрессии 154 генов, которые связаны с функционированием нервных клеток. Ученые обратили внимание, что активность некоторых генов распределялась в пространстве по градиенту вдоль вертикальной оси сердца. По молекулярным фенотипам нейроны разделили на четыре группы, их положение в сердце соответствовало пространственным областям, выделенным по градиенту экспрессии генов. Эти группы не были описаны ранее, и авторы работы предполагают, что нарушения в пространственном или функциональном распределении нейронов могут лежать в основе патологий сердечно-сосудистой системы и разной реакции пациентов на лечение.
Метод, который разработали в этой работе, применим и к другим органам с внутренней нервной системой, с его помощью можно определять фенотипы отдельных нейронов и соотносить их с трехмерной структурой органа. Ученые планируют продолжить работу и создать атлас внутрисердечной нервной системы свиньи — анатомия сердца этих животных ближе к человеку.
На создание атласа авторов этой работы вдохновили создатели самого известного атласа мозга, Allen Brain Atlas. Совсем недавно в рамках этого проекта создали трехмерную модель мозга мыши с субмиллиметровым разрешением.
Алиса Бахарева
Причина оказалась в реакции на воспаление
Неврологи из Национального института здоровья США описали патогенез синдрома хронической усталости у пациентки, болевшей раком молочной железы и волчанкой. У нее обнаружили повышенную активность белка WASF3, мешающего сборке и скоординированной работе электрон-транспортной цепи митохондрий. Гиперактивация WASF3 возникла в ответ на системное воспаление, в результате снизилась эффективность тканевого дыхания, а вместе с ней и переносимость физической нагрузки. Наблюдение опубликовано в журнале Proceedings of the National academy of sciences. Центральное место в возникновении миалгического энцефаломиелита-синдрома хронической усталости занимает ответ организма на воспаление. Часто синдром связан с повышением уровня провоспалительных цитокинов, а проявления включают не только слабость и повышенную утомляемость, но и такие физические симптомы и молекулярные проявления, как снижение аэробных возможностей организма и изменение липидного обмена лимфоцитов. Патогенез синдрома пока не расшифрован до конца: лишь часть случаев синдрома хронической усталости удается объяснить последствием инфекций, а популяционно-генетические исследования плохо справляются с объяснением, почему у одних людей возникает синдром хронической усталости или похожий по проявлениям синдром поствирусной усталости, а у других — нет. Неврологи из Американского национального института здоровья под руководством Пола Хвана (Paul M. Hwang) обнаружили еще один механизм возникновения синдрома хронической усталости, обследуя пациентку с синдромом Ли-Фраумени. Это наследственное заболевание вызвано мутацией в антионкогене TP53 и проявляется злокачественными опухолями начиная с молодого возраста. У 38-летней женщины, перенесшей две опухоли молочной железы и болеющей системной красной волчанкой, с 16 лет регулярно возникали боли в мышцах ног после неинтенсивных физических нагрузок, а обследование у неврологов и ревматологов не позволило обнаружить причину симптомов. Пациентка была направлена в центр, занимающийся изучением митохондриальных заболеваний — ведь митохондриальные дисфункции часто сопровождаются мышечными симптомами, а белок p53 влияет напрямую на митохондрии. Ученые обнаружили, что у пациентки примерно в два раза снижена скорость восстановления мышечных запасов креатинфосфата и активность IV комплекса дыхательной цепи митохондрий. Причем снижены не только в сравнении со здоровыми людьми, но и в сравнении с родным братом пациентки, носителем той же мутации в TP53, не болевшим опухолями или аутоиммунными заболеваниями. В мышечных клетках у сестры было больше активной (фосфорилированной) формы белка p53, чем у брата, а причиной тому, как выяснили ученые, является повышенная активность белка WASF3. Функции этого внутриклеточного белка касаются ремоделирования цитоскелета и регуляции синтеза АТФ в митохондриях, но через цепочку посредников белок влияет и на активность p53. Ученые создали несколько линий мышей с гиперактивированным или выключенным WASF3 и выяснили, что WASF3 нарушает организацию III и IV комплексов электрон-транспортной цепи митохондрий на мембране и ускоряет деградацию IV (цитохром с-оксидазного) комплекса. Эффективность работы дыхательной цепи максимальна, когда два комплекса находятся в непосредственной близости друг от друга в соотношении 2:1, а нарушение пропорции снижает КПД клеточного дыхания. Мыши с несколькими копиями WASF3 показывали более низкие результаты в беговых упражнениях. У пациентки же повышение активности WASF3 было связано с посттрансляционными модификациями белка, но не имело геномной подоплеки и не сопровождалось изменениями транскриптома клеток. Нарушения энергетического обмена в клетках иммунной и нервной системы при синдроме хронической усталости были известны и раньше, но находка американских врачей подчеркивает, что данные отдельно геномики или протеомики не всегда эффективны в расшифровки патогенеза болезней, в которых тесно переплетены геномные факторы и ответ на действие внешней среды. Изучению патогенеза синдрома хронической усталости во многом поспособствовал постковидный синдром, имеющий похожие звенья патогенеза и клиническую картину. Но мы рассказывали и о других факторах, ухудшающих работу мышц — в частности, о том, как прием антигистаминных препаратов снижает тренируемость.