Когда наши носы подбирают запах, будь то аромат сладкой розы или пот незнакомца в спортзале, два типа сенсорных нейронов работают над ощущением этого запаха или феромона. Эти сенсорные нейроны особенно интересны, потому что они являются единственными нейронами в наших телах, которые восстанавливаются во всей взрослой жизни, так как некоторые из наших обонятельных нейронов умирают, их вскоре заменяют новорожденные. Именно там, где происходят эти нейроны, в первую очередь есть недоумение биологических исследований.
Предыдущие гипотезы о происхождении этих обонятельных нервных клеток дали взаймы эмбриональным клеткам, которые развиваются в кожу или центральную нервную систему, где, как считается, возникают ушные и глазные нейроны, соответственно. Но биологи из Калифорнийского технологического института (Caltech) обнаружили, что нейронные гребневые стволовые клетки – мультипотентные, мигрирующие клетки, уникальные для позвоночных животных, которые приводят к возникновению многих структур в организме, таких как кости лица и гладкие мышцы, – также играют ключевую роль в создании обонятельных сенсорных нейронов в носу.
«Ольфакторные нейроны уже давно считаются исключительно производными от утолщенной части эктодермы; наши результаты прямо опровергают эту концепцию », – говорит Марианна Броннер, профессор биологии Альберта Биллингса Раддока в Caltech и соответствующий автор статьи, опубликованной в журнале eLIFE 19 марта, в которой изложены выводы.
Двумя основными типами сенсорных нейронов в обонятельной системе являются ресничные нейроны, которые обнаруживают летучие ароматы и микровиллерные нейроны, которые обычно ощущают феромоны. Оба эти типа находятся в ткани, выстилающей внутреннюю часть полости носа, и передают сенсорную информацию в центральную нервную систему для обработки.
В новом исследовании исследователи показали, что во время эмбрионального развития стволовые клетки нервного гребня дифференцируются в микровиллерные нейроны, которые, как предполагалось, уже давно возникают из того же источника, что и чувствительные к запаху ресничные нейроны. Более того, они продемонстрировали, что для развития этих двух типов нейронов необходимы разные факторы. Исключив ген под названием Sox10, они смогли показать, что образование микровиллерных нейронов блокируется, тогда как ресничные нейроны не подвержены влиянию.
Они сделали это открытие, изучив развитие обонятельной системы у рыбок данио – полезного модельного организма для изучения биологии развития из-за оптической ясности свободного плавающего эмбриона. Понимание происхождения обонятельных нейронов и процесса формирования нейронов важно для разработки терапевтических применений для таких состояний, как аномия, или от неспособности к запаху, говорит Броннер.
«Ключевой вопрос в биологии развития – степень вклада стволовых клеток нервных гребней в обонятельную систему – был рассмотрен в нашей работе несколькими сценариями экспериментов», – говорит Анкур Саксена, докторант в лаборатории Броннера и ведущий автор изучение. «Ольфакторные нейроны уникальны в своей способности к обновлению у разных видов, поэтому, изучая, как они формируются, мы можем получить представление о том, как можно стимулировать генерацию нейронов для дифференциации или регенерации. Это знание, в свою очередь, может предоставить новые возможности для лечения неврологических расстройств или травм у людей ».
Затем исследователи изучат, какие другие гены, помимо Sox10, играют роль в процессе, посредством которого стволовые клетки нервного гребня дифференцируются в микровиллерные нейроны. Они также планируют посмотреть, действительно ли клетки нервного гребня порождают новые микровиллерные нейроны во время обонятельной регенерации, которые происходят после эмбриональной стадии развития.