Τα αξολότλ μπορούν να αναγεννήσουν τον εγκέφαλό τους

To αξολότλ (Ambystoma mexicanum) είναι μια υδρόβια σαλαμάνδρα που φημίζεται για την ικανότητά της να αναγεννά τον νωτιαίο μυελό, την καρδιά και τα άκρα της. Αυτά τα αμφίβια δημιουργούν επίσης εύκολα νέους νευρώνες καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής τους. Το 1964, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα ενήλικα αξολότλ μπορούσαν να αναγεννήσουν τμήματα του εγκεφάλου τους, ακόμη και αν ένα μεγάλο τμήμα είχε αφαιρεθεί εντελώς. Αλλά μια νέα μελέτη διαπίστωσε ότι η αναγέννηση του εγκεφάλου τους έχει περιορισμένη ικανότητα να αναδημιουργεί την αρχική δομή των ιστών.

Η Άσλεϊ Μέιναρντ, υποψήφια διδάκτωρ στο Τμήμα Ποσοτικής Αναπτυξιακής Βιολογίας στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Ζυρίχης και οι συνάδελφοί της στα εργαστήρια Treutlein (Ζυρίχη) και Tanaka (Βιέννη), θέλησαν να δουν αν τα αμφίβια αυτά αναγεννούν όλους τους διαφορετικούς τύπους κυττάρων στον εγκέφαλό τους.

Οι επιστήμονες δημιούργησαν έναν άτλαντα των κυττάρων που συνθέτουν ένα τμήμα του εγκεφάλου των αξολότλ, για να κατανοήσουν τον τρόπο αναγέννησης και να μελετήσουν την εξέλιξη του εγκεφάλου μεταξύ των ειδών.

Γιατί οι επιστήμονες αποφάσισαν να μελετήσουν τα κύτταρα

Διαφορετικοί τύποι κυττάρων έχουν διαφορετικές λειτουργίες. Είναι σε θέση να εξειδικευτούν σε ορισμένους ρόλους επειδή το καθένα εκφράζει διαφορετικά γονίδια. Η κατανόηση των τύπων των κυττάρων που υπάρχουν στον εγκέφαλο καθώς και των εργασιών που εκτελούν, βοηθά στην αποσαφήνιση της συνολικής εικόνας του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου. Επιτρέπει επίσης στους ερευνητές να κάνουν συγκρίσεις όταν αναζητούν βιολογικές τάσεις σε όλα τα είδη.

Ένας τρόπος για να κατανοήσουν ποια κύτταρα εκφράζουν ποια γονίδια, είναι με τη χρήση μιας τεχνικής που ονομάζεται αλληλουχία RNA μονού κυττάρου (scRNA seq). Το εργαλείο αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να μετρήσουν τον αριθμό των ενεργών γονιδίων σε κάθε κύτταρο ενός συγκεκριμένου δείγματος, παρέχοντάς τους ένα «στιγμιότυπο» των δραστηριοτήτων που έκανε κάθε κύτταρο τη στιγμή που συλλέχθηκε.

Το εργαλείο αυτό έχει συμβάλλει στην κατανόηση των τύπων κυττάρων που υπάρχουν στους εγκεφάλους των ζώων. Οι επιστήμονες το έχουν χρησιμοποιήσει σε ψάρια, ερπετά, ποντίκια και ακόμη και ανθρώπους. Ωστόσο, έλειπε ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ στην εξέλιξη του εγκεφάλου: τα αμφίβια.

Χαρτογράφηση του εγκεφάλου του αξολότλ

Η ομάδα αποφάσισε να επικεντρωθεί στον τελεγκέφαλο (πρόσθιος εγκέφαλος) του αμφιβίου. Στους ανθρώπους, ο τελεγκέφαλος είναι το μεγαλύτερο τμήμα του εγκεφάλου και περιέχει μια περιοχή που ονομάζεται νεοφλοιός, η οποία παίζει βασικό ρόλο στη συμπεριφορά και τη νόηση των ζώων. Κατά τη διάρκεια της πρόσφατης εξέλιξης, ο νεοφλοιός αυξήθηκε σε μέγεθος σε σύγκριση με άλλες περιοχές του εγκεφάλου. Ομοίως, οι τύποι των κυττάρων που αποτελούν συνολικά τον τελεγκέφαλο, διαφοροποιήθηκαν σε μεγάλο βαθμό και έγιναν πιο πολύπλοκοι με την πάροδο του χρόνου.

«Χρησιμοποιήσαμε scRNA-seq για να εντοπίσουμε τους διαφορετικούς τύπους κυττάρων που αποτελούν τον τελεγκέφαλο του αξολότλ, συμπεριλαμβανομένων διαφορετικών τύπων νευρώνων και προγονικών κυττάρων, ή κυττάρων που μπορούν να διαιρεθούν σε περισσότερα κύτταρα ή να μετατραπούν σε άλλους τύπους κυττάρων. Προσδιορίσαμε ποια γονίδια είναι ενεργά όταν τα προγονικά κύτταρα μετατρέπονται σε νευρώνες και διαπιστώσαμε ότι πολλά περνούν από έναν ενδιάμεσο τύπο κυττάρων που ονομάζεται νευροβλάστες – που προηγουμένως δεν ήταν γνωστό ότι υπάρχουν στα συγκεκριμένα αμφίβια – πριν γίνουν ώριμοι νευρώνες», εξηγεί η Μέιναρντ σε άρθρο της που δημοσιεύθηκε στον ιστότοπο «The Conversation».

Στη συνέχεια, οι ερευνητές αφαίρεσαν ένα τμήμα του τελεγκεφάλου των αμφιβίων αυτών. Χρησιμοποιώντας μια εξειδικευμένη μέθοδο της scRNA-seq, κατάφεραν να συλλάβουν και να αλληλουχήσουν όλα τα νέα κύτταρα σε διάφορα στάδια της αναγέννησης, από μία έως 12 εβδομάδες μετά τον τραυματισμό. Τελικά, διαπιστώσαν ότι όλοι οι τύποι κυττάρων που είχαν αφαιρεθεί προηγουμένως, είχαν αποκατασταθεί πλήρως.

«Παρατηρήσαμε ότι η αναγέννηση του εγκεφάλου συμβαίνει σε τρεις κύριες φάσεις. Η πρώτη φάση ξεκινά με μια ταχεία αύξηση του αριθμού των προγονικών κυττάρων και ένα μικρό κλάσμα αυτών των κυττάρων ενεργοποιεί μια διαδικασία επούλωσης της πληγής. Στη δεύτερη φάση, τα προγονικά κύτταρα αρχίζουν να διαφοροποιούνται σε νευροβλάστες. Στην τρίτη φάση, οι νευροβλάστες διαφοροποιούνται στους ίδιους τύπους νευρώνων που είχαν αρχικά αφαιρεθεί», γράφει η ερευνήτρια.

Οι επιστήμονες παρατήρησαν επίσης ότι οι αποκομμένες νευρωνικές συνδέσεις μεταξύ της περιοχής που είχε αφαιρεθεί και άλλων περιοχών του εγκεφάλου, είχαν επανασυνδεθεί. Αυτή η επανασύνδεση δείχνει ότι η αναγεννημένη περιοχή είχε επίσης ανακτήσει την αρχική της λειτουργία.

(Science)

Αμφίβια και ανθρώπινοι εγκέφαλοι

Η μελέτη των αμφίβιων στο εξελικτικό παζλ επιτρέπει στους ερευνητές να συμπεράνουν πώς ο εγκέφαλος και οι τύποι των κυττάρων του έχουν αλλάξει με την πάροδο του χρόνου, καθώς και τους μηχανισμούς πίσω από την ικανότητα της αναγέννησης.

«Όταν συγκρίναμε τα δεδομένα μας για τα αξολότλ με άλλα είδη, διαπιστώσαμε ότι τα κύτταρα στον τελεγκέφαλό τους παρουσιάζουν μεγάλη ομοιότητα με τον ιππόκαμπο των θηλαστικών, την περιοχή του εγκεφάλου που εμπλέκεται στο σχηματισμό της μνήμης, και τον οσφρητικό φλοιό, την περιοχή του εγκεφάλου που εμπλέκεται στην αίσθηση της όσφρησης. Βρήκαμε ακόμη και κάποιες ομοιότητες σε έναν τύπο κυττάρων του αμφιβίου με τον νεοφλοιό, την περιοχή του εγκεφάλου που είναι γνωστή για την αντίληψη, τη σκέψη και τη χωρική σκέψη στους ανθρώπους. Αυτές οι ομοιότητες υποδεικνύουν ότι αυτές οι περιοχές του εγκεφάλου μπορεί να έχουν διατηρηθεί, ή να έχουν παραμείνει συγκρίσιμες κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, και ότι ο νεοφλοιός των θηλαστικών μπορεί να έχει έναν προγονικό τύπο κυττάρων στον τελεγκέφαλο των αμφιβίων», σημειώνει η επιστήμονας.

«Ενώ η μελέτη μας ρίχνει φως στη διαδικασία της αναγέννησης του εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένων των γονιδίων που εμπλέκονται και του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρα γίνονται τελικά νευρώνες, δεν γνωρίζουμε ακόμη ποια κυτταρική σηματοδότηση δρομολογεί αυτή τη διαδικασία», προσθέτει.

Ο εντοπισμός όλων των κυτταρικών τύπων στον εγκέφαλο του αξολότλ βοηθά να ανοίξει ο δρόμος για καινοτόμες έρευνες στην Αναγεννητική Ιατρική. Οι εγκέφαλοι των ποντικών και των ανθρώπων έχουν χάσει σε μεγάλο βαθμό την ικανότητά τους να επιδιορθώνονται ή να αναγεννώνται. Οι ιατρικές παρεμβάσεις για σοβαρές εγκεφαλικές βλάβες επικεντρώνονται επί του παρόντος σε φαρμακευτικές θεραπείες και θεραπείες με βλαστοκύτταρα. Η εξέταση των γονιδίων και των τύπων κυττάρων που εμπλέκονται στην ικανότητα της αναγέννησης στα αξολότλ, μπορεί να αποτελέσει το κλειδί για τη βελτίωση των θεραπειών για σοβαρούς τραυματισμούς.

Τα ευρήματα της μελέτης τους δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό «Science».

 

ΠΗΓΗ: The Conversation 

 

 

www.ertnews.gr

Διαβάστε περισσότερα… Read More