Новое исследование под руководством Университета Южной Калифорнии (USC) может поменять историю развития и эволюции гипофиза.

Железа размером с горошину, расположенная в основании мозга, вырабатывает гормоны, которые стимулируют рост, агрессию, половое развитие и размножение. На протяжении десятилетий передняя доля гипофиза, где вырабатываются гормоны, считалась развитой в процессе эволюции, проходившей у позвоночных наряду с эволюцией уха, носа и хрусталика глаза.

Широко принятая «гипотеза новой головы» утверждает, что все эти части тела происходят из определенного типа эмбриональной структуры, расположенной в эктодерме, или самом внешнем слое эмбриона. Между тем, животные, у которых есть спинной мозг, но нет позвоночника (ранняя эволюционная ступень), имеют структуру, подобную гипофизу, происходящую, как считалось, из самого внутреннего эмбрионального слоя или энтодермы.

В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи USC представляют доказательства того, что у некоторых позвоночных энтодерма также является частью передней доли гипофиза. Эта идея была предметом научных споров на протяжении более чем века. Результаты исследования, которое было поддержано крупным грантом Национального института здоровья, позволяют предположить, что у железы может быть более длительная эволюционная история, чем считалось ранее.

«Мы пересмотрели очень старые наблюдения с использованием передовых технологий, которые доказывают эту идею о том, что энтодерма вносит вклад в гипофиз», – рассказывает старший автор Гейдж Крамп, профессор, изучающий стволовые клетки и регенеративную медицину в Медицинской школе им. Кека при USC. «Наша работа пересматривает представления о том, какова эмбриональная структура гипофиза и когда она впервые возникла».

Детектив о развитии

Крамп и его коллеги изучали рыбок данио, вид, который можно использовать в качестве лабораторной модели отчасти потому, что развивающийся эмбрион почти прозрачен, что удобно для наблюдения. Исследовательская группа использовала новые лабораторные методы собственного изобретения, чтобы пометить эмбриональные клетки рыбок данио и проследить за ними в зрелом возрасте.

Кроме того, они использовали покадровую визуализацию с помощью мощного микроскопа и секвенирование одноклеточной РНК. Эта последняя технология связана с секвенированием ДНК, но вместо характеристики всего генетического кода она выявляет только экспрессирующиеся гены, также определяется их количество для каждой из тысяч клеток одновременно.

В серии экспериментов с покадровой визуализацией эмбрионов рыбок данио команда задокументировала мешочек Ратке, структуру из внешнего слоя, которая ранее считалась единственным источником передней доли гипофиза, сливающуюся с мешочком Зесселя, структурой из внутреннего слоя. Их наблюдения показывают, что энтодерма составляла примерно 20 процентов клеток передней доли гипофиза.

Другой эксперимент по отслеживанию эмбриональных клеток у взрослых рыбок данио показал смесь эктодермальных и энтодермальных клеток в гипофизе. Изучая экспрессию генов с помощью секвенирования РНК, ученые обнаружили, что клетки внутреннего слоя энтодермы в конечном итоге дифференцировались во все основные типы клеток, производящих гормоны в гипофизе. Более того, у генетически измененных эмбрионов рыбок данио, лишенных эктодермального компонента, энтодермальные клетки могут образовывать гипофизоподобную структуру сами по себе, хотя и намного меньшую, чем нормальный гипофиз.

Взятые вместе, эти исследования ясно демонстрируют энтодермальную природу в гипофизе рыбок данио. Это неожиданное открытие предполагает, что квазигипофиз, наблюдаемый у некоторых более примитивных беспозвоночных животных, подводных существ, которые мало изучены, возможно, сохранился в той или иной форме, по крайней мере, у некоторых из их основных эволюционных потомков.

Крамп, который также является директором-основателем докторской программы развития, стволовых клеток и регенеративной медицины в USC, предупреждает, что еще неизвестно, присутствуют ли эти следы у людей.

«Может быть, рыбки сохранили эту наследственную особенность, но люди ее утратили», – отмечает он. «Мы видим, что гипофиз не является совершенно новой структурой позвоночных, такой как нос, ухо или хрусталик, он уже существовал до позвоночных и впоследствии все больше нового вклада вносилось эктодермой. Уловив этот эволюционный реликт у рыбок данио, мы разрешили загадку откуда взялся гипофиз».

Старая идея возвращается

Еще в середине 1910-х годов анатомы сообщали, что сумка Ратке была тесно связана с сумкой Зесселя. Сумка Ратке долгое время считалась источником эндокринного компонента гипофиза. В отличие от него, значение сумки Зесселя оставались загадкой – до сегодняшнего дня.

Для исследователей в начале 20-го века не существовало хороших способов дальнейшего изучения взаимосвязи между двумя эмбриональными структурами и, следовательно, возможности оценить энтодермальный вклад в гипофиз. Поначалу горячо обсуждаемая тема со временем превратилась в спорную.

К счастью, первый автор Питер Фабиан, научный сотрудник школы Кека, хорошо разбирается в этом прецеденте. Испытывая один из новых методов маркировки и отслеживания эмбриональных клеток, разработанный сотрудниками Медицинского исследовательского института Санфорда Бурнхама, он заметил энтодермальные клетки в гипофизе.

«Это было случайное открытие», – рассказывает Крамп. «Нас интересует энтодерма в целом, но мы не собирались изучать гипофиз. Поскольку это было настолько неожиданным наблюдением, нам пришлось доказать его с помощью нескольких исследований».

Вам может понравиться

Ученые обнаружили места скопления редких хищников подводного мира

Исследователям удалось найти области скопления редких морских хищников. Данные создания живут на…

Ученые впервые обнаружили нейтрино вторичного термоядерного цикла Солнца

Международной исследовательской команде удалось зафиксировать нейтрино, возникших в ходе термоядерных реакций CNO-цикла,…

Росатом объявил о строительстве Национальной квантовой лаборатории

В России начинается реализация проекта «Национальная квантовая лаборатория», который станет важным первым…
Погода в России: