Pohledy na staletí kontroverze měnící evoluční historii

Pohled na zebrafish housenky ukazuje typ buňky endodermu v červené barvě a všechny ostatní typy buněk v bílé barvě. Fabian, Cramp a kolegové použili tyto upravené zebrafish, aby ukázali, že buňky endodermu neočekávaně přispívají k hypofýze, čímž vyřešily dlouholetou záhadu vývoje hypofýzy. Uznání: Peter Fabian and Gage Cramp / USC Stem Cell

Pohledy na stoletou polemiku o vývoji klíčových žláz pocházejí ze studie vedené Keck School of Medicine USC

Nová studie vedená USC naznačuje změnu ve vývojové a evoluční historii hypofýzy.

Hrachová žláza umístěná ve spodní části mozku produkuje hormony, které podporují růst, agresi, sexuální vývoj a reprodukci. Po celá desetiletí byl přední lalok hypofýzy – kde se produkují hormony – považován za vývojový vývoj, který vznikl u obratlovců, spolu s uchem, nosem a čočkou oka.

Běžnou hypotézou „hypotézy nové hlavy“ je, že všechny tyto části těla jsou způsobeny určitým typem embryonální struktury umístěné v ektodermu nebo v nejvzdálenější vrstvě plodu. Mezitím zvířata, která mají míchy, ale postrádají páteř, o čemž chápou, že představují dřívější evoluční krok, mají strukturu podobnou hypofýze, o které se dříve myslelo, že pochází z nejvnitřnější embryonální vrstvy neboli endodermu.

Gage Křeč

Gage Cramp je profesorem medicíny kmenových buněk a doplňkové medicíny na USC Keck School of Medicine. Uznání: Richard Crasco

V článku publikovaném 23. října 2020 v VědaVědci z USC předkládají důkazy, že u některých obratlovců je endoderm také součástí předního laloku hypofýzy – myšlenka, která je předmětem vědeckých kontroverzí již více než 100 let. Zjištění studie, podpořená významným grantem od National Institutes of Health, naznačují, že žláza může mít delší evoluční historii, než se dříve myslelo.

„Zkoumali jsme velmi stará pozorování pomocí nejmodernějších technologií, která dokazují tuto myšlenku, že existuje endodermický příspěvek k hypofýze,“ uvedl hlavní autor Gage Cramp, profesor medicíny kmenových buněk a regenerativní medicíny na Lékařské fakultě USC Keck. „Naše práce dokumentuje představy o typu embryonální struktury, kterou hypofýza vyvinula a kdy se poprvé vyvinula.“

Vývojová detektivní práce

Cramp a kolegové studovali zebrafish, druh užitečný jako laboratorní model, částečně proto, že jeho vývoj je pro vědce otevřenou knihou; Vejce jsou externě oplodněna a procházejí téměř transparentně. Výzkumný tým použil jejich nové laboratorní metody k označení embryonálních buněk zebrafish a sledování buněk, které z nich sestoupily v dospělosti.

Kromě toho použili časosběrné zobrazování se silným mikroskopem a jedinou buňkou RNA sekvence. Nejnovější technologie souvisí s DNA Sekvence, ale namísto charakterizace celého genetického kódu odhaluje pouze geny, které jsou exprimovány a v jakém množství, pro každou z tisíců buněk najednou – mocný způsob pochopení podstaty studovaných buněk.

V sérii časosběrných simulací embryí zebrafish tým dokumentoval Rathekovu vagínu, strukturu z vnější vrstvy, která byla dříve považována za jediný zdroj předního laloku hypofýzy, a sloučila se Sailelovou vaginou, strukturou z vnitřní vrstvy. . Jejich pozorování naznačují, že endoderm byl zodpovědný za přibližně 20 procent buněk v předním laloku hypofýzy.

Další experiment, který sleduje osud embryonálních buněk u dospělých zebrafish, ukázal směs buněk způsobených ektopickými a endodermovými buňkami v hypofýze. Vědci zjistili, že buňky z vnitřní vrstvy endodermu se diferencovaly na všechny hlavní buňky produkující buňky v hypofýze. Kromě toho u embryí zebrafish geneticky upravených, kterým chybí komponenta děložního ramene, mohou endodermální buňky samy tvořit strukturu podobnou hypofýze, i když mnohem menší než normální hypofýza.

Dohromady tyto výzkumy jasně ukazují endodermický příspěvek k hypofýze zebrafish. Tento neočekávaný objev naznačuje, že kvazi-hypofýza viděná u některých neprimárních obratlovců – většinou podivných a zjevných podzemních tvorů – mohla přežít v podobě alespoň některých svých evolučních potomků nesoucích páteř.

Crump, který je také zakládajícím ředitelem doktorského programu USC v oblasti vývoje, kmenových buněk a regenerativní medicíny, varuje, že zbývá zjistit, zda je zbytek přitahován lidmi.

„Je možné, že si ryby zachovávají tuto předkovou vlastnost, ale lidé ji ztratili,“ řekl. „Vidíme, že hypofýza není úplně nová struktura obratlů, jako je nos nebo ucho nebo čočka, ale že již existovala před obratlovci a poté zahrnovala nové ektodermické příspěvky. Zachycením evolučního zbytku u zebrafish jsme vyřešili záhadu, odkud pochází. Hypofýza. “

Starý nápad, který se vrátil (překvapivě)

Již v polovině 20. let 20. století anatomové uvedli, že Rathův vak úzce souvisí s vakem Sail. Rathekova taška byla dlouho chápána jako zdroj endokrinní složky hypofýzy. Naproti tomu osud a účel Saleho kapsy zůstává záhadou – dodnes.

Pro vědce na počátku 20. století (a víceméně od té doby) neexistují žádné dobré způsoby, jak dále zkoumat vztah mezi těmito dvěma embryonálními strukturami, a tedy možnost endodermálního příspěvku k hypofýze. Zpočátku byli velmi váhaví, nakonec se téma vytratilo k historičtější zvědavosti.

Naštěstí se první autor Peter Fabian, postdoktorand na Keckově škole, v tomto precedentu dobře vyznal. Při zkoušení jedné z nových technik značení a monitorování embryonálních buněk vyvinutých spolupracovníky Sanford Bernham Pervis Medical Discovery Institute si všiml buněk arteriální sliznice v hypofýze. V hlavě mu zhasla žárovka.

„Byl to vážný objev,“ řekl Cramp. „Obecně se zajímáme o endodermy, ale nešli jsme studovat hypofýzu. Protože to bylo takové nečekané pozorování, museli jsme to dokázat řadou vyšetřovacích linií.“

Odkaz: „Pedigree Surgery Reveals Endodermal Contribution to Vertebral Gland“ Peter Fabian, Ko-Chang Tseng, Joanna Smithon, Joseph J. Lankman, Ph.D. Doc C. Dong, Robert Sereni a Jay Gage Cramp, 23. října 2020, Věda.
DOI: 10.1126 / science.aba4767

Dalšími autory ve studii jsou Ko-Chang Tseng ze školy Kak; V současné době bývalá postdoktorandka na Keck School, Joanna Smithon Columbia University; Joseph J. Lankman a P. Doc C. Dong ze Sanfordu Bernham Pervis; A Robert Sereni z Univerzity Karlovy v Praze.

Tuto studii podpořily NIH (R35DE027550, K99DE027218, U01DK105541, DP2DK098092), Nadace WM Keck a Grantová agentura České republiky (19-18634S).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Aby se objev urychlil, vychází z mřížky vysoce dimenzionální infračervený mikroskop

Příklad vzoru dlaždice použitého ke skenování kulatého červa C. elegans. Non-grid pattern dává algoritmu vzorkování větší flexibilitu pro rychlé resetování oblastí zájmu. ...

Starověcí zirkonové říkají, že desková tektonika začala před 3,6 miliardami let – významná událost pro přivítání Země k životu

Zirkony studované výzkumným týmem byly vyfotografovány pomocí katholluminiscence, techniky, která umožňuje týmu vizualizovat vnitřek krystalů pomocí speciálního rastrovacího elektronového mikroskopu. Tmavé kruhy na...

Můžeme opioidy zvýšit návykovostí? [Video]

V roce 2017 byly miliony lidí po celém světě závislí na opioidech a 115 000 zemřelo na předávkování. Opioidy jsou nejsilnější léky proti bolesti, které...

V místě vazby protilátek ve variantách viru COVID-19 – hlavní důsledky pro budoucí vakcíny

Výzkumný tým Penn State zjistil, že N protein na SARS-CoV-2 je uložen ve všech pandemických koronavirech souvisejících se SARS (nahoře vlevo: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV,...

NASA investuje 105 milionů amerických dolarů do vývoje inovativních technologií pro malé podniky ve Spojených státech

NASA Má dlouhou historii podpory amerických podnikatelů při vývoji technologií od nápadu po obchodní připravenost. Agenturní program Small Business Innovation Research (SBIR) dále podporoval...

Newsletter

Subscribe to stay updated.