Исследование, которое будет опубликовано в журнале eLife, показывает, что, хотя личинки и взрослые плодовые мухи дрозофилы имеют совершенно разные нервные системы, поддерживающие их различные структуры и потребности тела, их системы состоят из нейронов со схожими структурами и молекулярными сигнатурами. Это предполагает, что нервные стволовые клетки дрозофилы минимально изменились во время эволюции мух от их предков, которые не претерпели метаморфоза.Нервная система взрослых и личинок плодовых мушек развивается из одного и того же набора стволовых клеток, известных как нейробласты. Эти нейробласты проходят две отдельные фазы пролиферации, когда они генерируют несколько нейронов.
Первая фаза происходит у эмбриона для создания нейронов нервной системы личинки, а вторая — у личинки для создания нейронов нервной системы взрослого человека.Эти фазы разделены коротким периодом, когда не происходит распространения.
Сходство нейронов взрослых и личинок связано с тем, что внутреннее состояние нейробластов остается схожим до и после периода бездействия.«Двухфазный паттерн, кажется, меняет представление о метаморфозе как о двух отдельных стадиях», — говорит первый автор Халук Лацин.
«Он развился из более простой схемы, такой как наблюдаемая у кузнечиков, при которой все нейроны генерировались во время расширенной эмбриональной фазы».Команда использовала метод отслеживания клонов, чтобы установить связь между нейронами взрослого и личиночного нервных волокон, которые эквивалентны спинному мозгу человека.
Метод включал визуальный скрининг общедоступных баз данных для идентификации более 100 линий белка GAL4, экспрессия которого ограничена одним или несколькими эмбриональными нейробластами. Чтобы выделить, какие клоны нейробластов отмечены этими линиями GAL4, они генерировали случайные клоны клонов для каждой и сравнивали их структуру и молекулярную экспрессию с ранее опубликованными клонами эмбриональных нейронов.«Наши результаты показали, что нейроны, возникающие в двух разных фазах пролиферации нейробластов, экспрессируют сходные молекулярные маркеры и расширяют сходные нервные волокна, хотя они функционируют в двух очень разных нервных системах», — объясняет Лацин.«Нейробласты у неметаморфизирующихся насекомых непрерывно размножаются.
Поэтому мы полагаем, что в ходе эволюции метаморфоза в непрерывную пролиферацию нейробластов у неметаморфизирующихся насекомых был вставлен разрыв без значительного воздействия на генерируемые типы нейронов».В ходе исследования исследователи также обнаружили три нейробласта, которые кажутся уникальными для среднего или грудного сегмента дрозофилы.
Присутствие этих нейробластов зависит от генов, которые контролируют позиционную информацию во время разработки планов тела животных.«Два из этих нейробластов генерируют двигательные нейроны ног.
Поскольку мухи имеют ноги только в грудных сегментах, присутствие нейробластов в этих сегментах указывает на координацию нейрогенеза с развитием строения тела на уровне стволовых клеток», — говорит Джеймс Трумэн, соавтор. -автор исследования.«Третий нейробласт является новым и, по-видимому, возник недавно в ходе эволюции насекомых. Основываясь на анатомии и молекулярных маркерах, мы предполагаем, что он возник в результате дупликации соседней стволовой клетки, что, возможно, позволило более точно контролировать нейрональное поведение, связанное с ногами, например как ходьба и уход ".Нервный шнур у дрозофилы более 30 лет использовался в качестве модельной системы, чтобы понять, как нейробласты генерируют очень сложную, но организованную ткань.
Ласин и Трумэн полагают, что выводы из их исследования теперь позволят изучить, как молекулярные события, происходящие от эмбриональной до взрослой стадии, контролируют формирование и функционирование нервной системы у плодовых мух с возможным переносом на человека.