Ученые наблюдают за нейронами, образующими первые цепи в развивающемся эмбрионе

По мере развития организма он должен формировать правильные типы клеток, такие как сердечные или мышечные или нервные клетки, а затем перемещать их в правильные места. Биологи, занимающиеся развитием, изучают этот процесс в течение многих лет, и хотя мы знаем много вещей, нам еще предстоит многому научиться. 

«Мы предполагаем, что происходит много вещей, которых мы на самом деле не видим», – отметил Инан Ван, исследователь из исследовательского кампуса Janelia Медицинского института Говарда Хьюза.

Рыбки Данио могут дать представление об этом процессе. Они использовались в биомедицинских исследованиях в течение некоторого времени, отчасти потому, что они быстро развиваются, а также потому, что они прозрачны в молодом возрасте. Ученые могут следить за движениями клеток, в том числе нейронов, по мере их роста и миграции в развивающемся эмбрионе. Ван и его коллеги отслеживают все нейроны в развитии рыбок данио, поскольку они связываются с другими клетками, образуя важные цепи, которые контролируют активность животного. Их исследование опубликовано в журнале Cell и описано в видео ниже.

Ван и другие работали с Филиппом Келлером, лидером группы в Janelia, чтобы создать методы, которые они использовали в этом анализе. «Я рассматриваю эти инструменты как платформу для понимания нейронного развития», – сказал Ван.

«Вам нужна технология, которая позволила бы вам на уровне отдельных клеток следить за развитием всего эмбриона», – сказал Келлер. 

По словам Келлера, разные методы микроскопии имеют свои сильные и слабые стороны, и команде нужно было создать микроскоп, который мог бы удовлетворить все их технические потребности, при этом будучи достаточно щадящим для использования на живом организме – он должен быть идеальным.

Исследователи уже сделали легкий микроскоп для наблюдения за клетками, которые делятся, перемещаются и генерируют органы у эмбрионов мыши. В этой работе они сфокусировались на нейронах, спроектировав рыбку данио с клетками и несколькими белками, которые были помечены флуоресцентными маркерами, что дало им возможность различать нейроны разных типов и видеть их активность.

Нейроны рыбок данио росли в течение четырнадцати часов, и микроскопия с высоким разрешением зафиксировала их действие. Исследователи использовали вычислительные инструменты для анализа моделей активности, поскольку нейроны взяли на себя свою роль, и началось раннее поведение рыбок данио.

«Большая часть вычислительной нейробиологии сейчас вращается вокруг того, как понимать паттерны активности в популяциях нейронов», – сказал соавтор исследования Шауль Дракманн из Стэнфордского университета. «Подобные исследования в области развития добавляют совершенно новое измерение: понимание не только текущей динамики популяции, но и того, как эти модели развиваются и изменяются со временем».

В то время как мы знаем, что спинной мозг рыбок данио содержит моторную цепь, и он был подробно изучен, «существует большой разрыв в знаниях», сказал Ван. Он содержит двигательные нейроны, которые взаимодействуют с мышцами, и межнейроны, которые интегрируют сигналы из других мест. В этом исследовании ученые были удивлены, узнав, что двигательные нейроны начинают посылать сигналы первыми. Считалось, что они будут принимать сигналы от других нейронов.

«В прошлом мы реконструировали развитие отдельных органов и даже целых эмбрионов, – сказал Келлер, – но мы никогда прежде не совмещали это с общесистемной высокоскоростной функциональной визуализацией тех же клеток».

DOI: 10.1016/j.cell.2019.08.039

Вас также может заинтересовать:

• Прикосновения синхронизируют нашу мозговую деятельность, как показывают исследования пар
• Ученые наблюдают за нейронной активностью 10 тысяч клеток в 3D, в режиме реального времени
• Исследователи успешно восстанавливают поврежденный инсультом мозг крысы
• Миграция нейронов: «раздвижная дверь» для будущего мозга