У позвоночных имеется уникальное скопление эмбриональных стволовых клеток — нервный гребень, из которого происходят такие структуры, как челюсти и периферические ганглии. Хотя у бесчелюстных позвоночных есть сенсорные ганглии, было принято считать, что симпатическая система ганглиев есть только у челюстноротых. Авторы исследования, опубликованного в Nature, показали, что у морской миноги (Petromyzon marinus), ныне живущего бесчелюстного, есть цепь симпатических нейронов, происходящих из нервного гребня.
Изображение:
Морская минога.
Credit:
commons.wikimedia.org | NOAA Great Lakes Environmental Research Laboratory - 3102, CC BY-SA 2.0
Нервный гребень — уникальное скопление эмбриональных стволовых клеток, из которого происходят клетки симпатоадреналовой линии, дающие начало, в частности, симпатическим ганглиям. У современных бесчелюстных позвоночных (миног и миксин), как принято считать, периферические симпатические ганглии отсутствуют, однако и у миног, и у миксин были выявлены скопления хромаффинных клеток, которые также происходят из клеток-предшественниц симпатоандреналового ряда. Тем не менее, хромаффинные клетки по ряду свойств отличаются от таковых у челюстноротых, в частности, они не имеют симпатической иннервации, а их развитие не включает транскрипционную программу спецификации симпатоандреналовых клеток во время ранних стадий развития нервного гребня. Таким образом, происхождение хромаффинных клеток у бесчелюстных позвоночных изучено плохо. Тем не менее, авторы статьи, опубликованной в Nature, сумели доказать, что и у бесчелюстных есть симпатоандреналовые клетки, происходящие от нервного гребня.
Ключевую роль в дифференцировке симпатоандреналовых клеток играют транскрипционные факторы Ascl1, Phox2b и Hand2. Авторы работы визуализировали экспрессию этих факторовв тканях зародыша миноги с помощью флуоресцентной гибридизации. Экспрессия Ascl1 была особенно высока в передней части головы, Phox2 наиболее активно экспрессировался в среднем мозге, а Hand2 был наиболее активен в области сердца и вентральной фарингеальной мезенхимы, которая у человека задействована в развитии лица и верхней части грудной клетки. Стоит отметить, что, в соответствии с предыдущими исследованиями, на ранних стадиях развития ни в какой популяции клеток эти гены не экспрессировались одновременно. При этом клетки с одновременной их экспрессией появлялись на поздних этапах развития эмбриона и формировали кластеры, проходящие сквозь сердце и распространяющиеся далее на всю длину тела по направлению к хвосту. Таким образом, на уровне транскрипционных факторов процесс дифференцировки симпатоандреналовых клеток оказался консервативен среди позвоночных, хотя у круглоротых проявляется только на поздних стадиях развития эмбрионов.
Клетки симпатоандреналового ряда отличаются способностью синтезировать катехоламины — норадреналин и адреналин. Ученые выявили на поздних стадиях развития экспрессию ферментов, необходимых для биосинтеза норадреналина, а именно Th и Dbh. Эти ферменты присутствовали в клетках, экспрессирующих три основных транскрипционных фактора, определяющих фенотип симпатоандреналовых клеток — Ascl1, Phox2b и Hand2. Чуть позже в этих клетках начиналась также экспрессия транспортера норадреналина Slc6a2. Клетки, экспрессирующие Th и Dbh одновременно, образовывали кластеры в вентральной части глотки, вокруг сердца на уровне желточной трубочки. Далее они распространялись на всю длину тела, собираясь в цепочки, как это присуще двусторонне-симметричным животным, однако в ганглии они не собирались, оставаясь одиночными или в виде небольших скоплений. Ранее уже было показано, что ассоциированные с сердцем симпатоандреналовые клетки являются хромаффинными клетками. Однако только сейчас удалось показать, что двусторонние цепи, идущие вдоль аорты, в действительности представляют собой периферические симпатические клетки. Важно отметить, что нейрогенез симпатических нейронов миноги заканчивается только к концу эмбрионального периода.
Авторы работы обращают внимание на обнаруженный у миноги синтез норадреналина. Они предполагают, что зачаточный симпатический ответ, опосредованный норадреналином, мог иметься у бесчелюстных, а у челюстных животных эта система продолжила развиваться благодаря дополнению адреналином и увеличению плотности и коннективности симпатических нейронов.
Дальнейшие исследования показали, что предшественники симпатических нейронов миноги — симпатобласты — происходят из клеток нервного гребня. Чтобы окончательно подтвердить, что симпатические нейроны бесчелюстных и челюстноротых гомологичны, ученые провели секвенирование РНК одиночных клеток. Исследование паттернов экспрессии генов, ответственных за фенотип симпатических нейронов у круглоротых и челюстноротых, показало, что эти паттерны совпадают. Таким образом, можно сказать, что у круглоротых действительно есть симпатические нейроны, которые происходят из нервного гребня.
Источник
Edens, B.M., et al. Neural crest origin of sympathetic neurons at the dawn of vertebrates. // Nature, 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-07297-0
