У миног нашли зачатки симпатической нервной системы

Американские ученые провели серию молекулярных и клеточных исследований и пришли к выводу, что в туловище миног есть периферические симпатические нейроны, происходящие из эмбрионального нервного гребня. Ранее считалось, что у бесчелюстных позвоночных симпатическая нервная система отсутствует. Отчет о работе опубликован в журнале Nature.

Появление позвоночных около 550 миллионов лет назад дало начало большому разнообразию морфологии и физиологии хордовых. Значительную роль в этом сыграло появление у них нервного гребня — временной популяции эмбриональных стволовых клеток, из которых происходят такие важные структуры как основная часть черепно-лицевого скелета, выводной тракт сердца, периферические сенсорные и кишечные ганглии и другие. Некоторые из производных этой структуры имеются у бесчелюстных позвоночных, другие (например, челюсть) появились позже. До сих пор считалось, что к таким поздним производным относятся симпатические стволы, состоящие из паравертебральных ганглиев и их соединений. Нейроны этих ганглиев, как и хромаффинные клетки адреналовой системы, происходят из нервного гребня через стадию симпатоадреналовых клеток-предшественниц. У ныне живущих бесчелюстных — миног и миксин — обнаруживали рассеянные неиннервированные кластеры хромаффинных клеток, но не периферические симпатические ганглии. Также в их нервных гребнях на ранних стадиях развития не было выявлено транскрипционной программы, характерной для симпатоадреналовой клеточной линии, что оставляет значительный пробел в знаниях об эволюции симпатической нервной системы.

Чтобы разобраться в этом вопросе, Марианна Броннер (Marianne Bronner) с коллегами по Калифорнийскому технологическому институту начала с того, что с помощью цепной реакции гибридизации in situ (HCR) проследила место и время экспрессии ключевых факторов транскрипции симпатоадреналовой клеточной линии челюстных (Ascl1, Phox2 и Hand) у эмбрионов морских миног (Petromyzon marinus). Оказалось, что они стойко экспрессируются у эмбрионов уже на стадии Тахары 25 (Т25), однако в отдаленных друг от друга частях тела. Тем не менее уже к стадии Т28 Ascl1, Phox2 и Hand ко-экспрессировались в кластерах клеток, которые распространялись на все сердце и продлевались в туловище. Это может означать, что программа симпатоадреналовой транскрипционной спецификации, свойственная челюстным, может присутствовать и у бесчелюстных, но запускаться лишь на поздних стадиях эмбрионального развития.

Дальнейшие эксперименты показали, что на Т28 наряду с тремя упомянутыми факторами транскрипции клетки ко-экспрессируют гены ферментов тирозингидроксилазы (Th) и дофамин-бета-гироксилазы (Dbh), необходимых для синтеза катехоламинов (норадреналина и адреналина), а также транспортера норадреналина (Slc6a2), что было подтверждено иммуногистохимически. Эти клетки кластеризовались в вентральной части глотки, вокруг сердца и далее билатерально на протяжении организма вблизи дорсальной части аорты, а также вблизи просвета кишечника, что подтверждает их идентификацию как симпатобластов. Если хромаффинные клетки около сердца у миног наблюдали и раньше, то билатеральные цепи вдоль туловища, напоминающие периферические симпатические нейроны, зарегистрировали впервые.

Морфологический анализ показал, что синтезирующие тирозингидроксилазу клетки (TH⁺) с Т27 до Т30 становятся более дифференцированными с удлиняющимся основным отростком. На четвертом месяце (но не раньше) стадии личинки (пескоройки) эти клетки содержали общенейрональный маркер нейрофиламент М, подтверждающий их принадлежность к симпатическим нейронам, а также нейрональные белки Hu и SCG10. Таким образом, хотя симпатобласты и дают начало симпатическим нейронам, нейрогенез не завершается до поздних личиночных стадий.

У челюстных симпатобласты происходят из клеток нервного гребня и появляющихся из него позже предшественниц шванновских клеток, при этом у бесчелюстных их эмбриональный источник был неизвестен. Чтобы разобраться в этом, авторы работы вводили липофильный краситель CM-DiI (используется для отслеживания размножения и перемещения клеток) в просвет нервной трубки эмбрионов миног после ее кавитации на Т21, чтобы пометить будущие клетки нервного гребня. Иммуногистохимический анализ на тирозингидроксилазу на Т27 и Т30 показал, что у миног, как и у челюстных, симпатобласты происходят из нервного гребня.

В заключение исследователи выделили из билатеральных клеточных цепей (предположительно симпатических) личинок-пескороек отдельные TH⁺ и TH^- клетки и выполнили секвенирование РНК каждой из них. Оказалось, что первые активно экспрессируют белки 14-3-3, PRKACA, PSD95, SNCA и ITGB1, характерные для симпатических нейронов челюстных. Схожей с ними оказались и оксидазная активность, ограничение биосинтеза катехоламинов мембранными везикулами и активность транспортеров этих нейромедиаторов. HCR с пробами на синаптические белки гефирин и нейропластин, а также субъединицу ATP6V1B2 V-АТФазного протонного транспортера, отвечающего за накопление и выброс везикул с нейромедиатором, показала, что все они экспрессируются в TH⁺ клетках вдоль всего тела личинки. В сумме эти данные указывают на возможную базовую гомологичность нейронов периферических симпатических цепей (стволов) у миног и челюстных позвоночных.

Полученные результаты противоречат доминирующей гипотезе о том, что симпатические ганглии свойственны только челюстным, и указывают на то, что самые ранние позвоночные — бесчелюстные — могли обладать поздно развивающейся и рудиментарной симпатической нервной системой.

Ранее британские и французские исследователи получили данные, которые заставили усомниться в правильности существующих представлений об устройстве отделов автономной нервной системы: по паттернам эмбрионального развития крестцовые чревные нервы и тазовые ганглии следует считать симпатическими, а не парасимпатическими. Подробно об этом рассказано в материале «А ты симпатическая».