Взгляд свежим взглядом: улитки как система для изучения восстановления зрения
Глаз ампуллярии необычайно похож на человеческий, но, в отличие от человеческого глаза, он может восстанавливаться после травмы или даже ампутации. Новое исследование Института медицинских исследований Стоуэрса показало, что ампуллярия — это новый объект для изучения регенерации глаз, способный лучше понимать и разрабатывать методы лечения таких заболеваний глаз, как макулярная дегенерация.
Исследование , проведенное в лаборатории президента и главного научного сотрудника Stowers Алехандро Санчеса Альварадо, доктора философии, опубликованное в журнале Nature Communications , описывает новую систему для изучения регенерации сенсорных органов у ампуллярии Pomacea canaliciulata.
Под руководством бывшего научного сотрудника-постдокторанта Элис Аккорси, доктора философии, а ныне доцента Калифорнийского университета в Дэвисе исследовательская группа обнаружила, что у ампуллярии есть сложные глаза камерного типа, как у человека, а также разработала инструменты для изменения ее генома, что привело к появлению улиток со стабильными вариациями генов, которые могут помочь исследователям лучше понять процесс регенерации.
«Наши глаза чрезвычайно важны для восприятия окружающей среды, однако при повреждении они не способны восстановиться», — сказал Аккорси.
Играть
00:00
02:32
Немой
Настройки
ПИП
Перейти в полноэкранный режим
Играть
Алехандро Санчес Альварадо и Элис Аккорси обсуждают использование ампуллярии в качестве модели для изучения регенерации глаза. Источник: Stowers Institute for Medical Research
«По сути, у нас не было возможности найти решения для лечения таких состояний, как дегенерация сетчатки или физическая травма глаза», — добавил Санчес Альварадо. «Но природа даёт нам ответы. Теперь у нас есть управляемая система для исследования генов, ответственных за регенерацию глаза по принципу камеры».
Процесс регенерации глаза ампуллярии от ампутации до полного восстановления происходит в четыре этапа, которые длятся 28 дней: заживление раны , формирование особой клеточной массы, формирование хрусталика и сетчатки, а также созревание всех компонентов глаза. Поскольку позвоночные, включая человека, способны только к первому этапу – заживлению раны, исследователи изучают, где регенерация и развитие расходятся, и пытаются определить, какой механизм улитки-переключатели используют для реактивации развития нового глаза.
Глаза ампуллярий анатомически схожи с глазами позвоночных, включая глаза человека, с хрусталиком, роговицей и сетчаткой. Исследователи обнаружили, что ген pax6, играющий ключевую роль в развитии глаз позвоночных и плодовых мушек, также присутствует у ампуллярий.
Играть
00:00
02:47
Немой
Настройки
ПИП
Перейти в полноэкранный режим
Играть
Элис Аккорси рассказывает, как она перенесла свои исследования в Институт Стоуэрса в Канзас-Сити, узнав, что инвазивные виды обладают способностью к регенерации. Источник: Институт медицинских исследований Стоуэрса.
«Ключевым геном, контролирующим развитие глаз у позвоночных, является pax6, и мы впервые показали, что у ампуллярий не только есть pax6, но и что этот ген критически важен для развития их глаз», — сказал Аккорси.
В лаборатории команда оптимизировала метод редактирования генов CRISPR-Cas9 для ампуллярий, что позволило им нарушить функцию гена pax6. Новая линия улиток была здоровой, но с заметно отсутствующими глазами.
«Было два важных момента, когда я почувствовал, что это может быть важно для всего научного сообщества», — сказал Аккорси.
«Первым шагом стало открытие того, что глаз улитки похож на человеческий . Вторым шагом стало наблюдение за этими крошечными эмбрионами без глаз после разрушения гена pax6 и осознание того, что мы можем использовать улиток как систему для изучения функций генов».
«Наличие исследовательской системы, которая восстанавливает глаза, в сочетании с возможностью проводить генетические исследования в этой системе, является одной из первых попыток в истории науки получить механистическое понимание процессов, лежащих в основе восстановления такого сложного органа чувств, как глаз, — от травмы до его регенерации», — сказал Санчес Альварадо.
Ангус Дэвисон, доктор философии, профессор Ноттингемского университета, прокомментировал потенциал исследования. «Раньше прогресс в понимании моллюсков и их геномов был ограничен из-за отсутствия широко используемых видов, поддающихся генетическому анализу», — сказал он.
«Эта работа демонстрирует потенциал ампуллярий как новой системы для раскрытия генетических механизмов развития моллюсков».
На каждом этапе регенерации глаза группа исследователей собирала и анализировала активность генов. Эта информация о времени экспрессии генов может быть использована для определения наиболее перспективных для регенерации глаз генов.
«Теперь у нас есть список генов-кандидатов», — сказал Аккорси. «В дальнейшем мы планируем разрушить эти гены , чтобы проверить, необходимы ли они для регенерации и развития глаза».
«С небольшими усилиями, небольшой изобретательностью и большой настойчивостью биология, которая казалась недостижимой, перестанет быть несбыточной мечтой», — сказал Санчес Альварадо.
«Наша работа с ампулляриями — неопровержимое доказательство: действительно возможно вывести нечто, выходящее далеко за рамки наших представлений, на уровень реальных возможностей для углубления биологических знаний».
«Это был большой риск, — сказал Санчес Альварадо. — Но это сработало».