Axoloții își pot regenera creierul, dezvăluind secrete ale evoluției
Axolotul (Ambystoma mexicanum) este o salamandră acvatică renumită pentru capacitatea de a-și regenera măduva spinării, inima și membrele. În plus, axoloții își pot regenera creierul, creând cu ușurință noi neuroni de-a lungul vieții.
În 1964, cercetătorii au observat că axoloții își pot regenera creierul parțial chiar dacă o secțiune mare este îndepărtată complet. Însă un studiu a constatat că regenerarea creierului axolotului are o capacitate limitată de a reconstrui structura originală a țesuturilor.
Deci cât de bine poate axolotul să-și regenereze creierul după o rănire?
Axoloții își pot regenera creierul, dar cum?
Ashley Maynard, care studiază regenerarea la nivel celular, și colegii ei de la Treutlein Lab din cadrul ETH Zurich, din Elveția, și de la Tanaka Lab din cadrul Institute of Molecular Pathology din Viena, Austria, s-au întrebat dacă axoloții sunt capabili să regenereze toate tipurile de celule diferite din creierul lor, inclusiv conexiunile care leagă o regiune a creierului de alta.
Într-un studiu recent, publicat în revista Science, cercetătorii au creat un atlas al celulelor care alcătuiesc o parte a creierului axolotului, aruncând lumină atât asupra modului în care se regenerează acesta, cât și asupra evoluției creierului la alte specii.
Diferite tipuri de celule au funcții diferite. Ele sunt capabile să se specializeze în anumite roluri, deoarece fiecare exprimă gene diferite. Înțelegerea tipurilor de celule care se află în creier și a ceea ce fac acestea ajută la clarificarea imaginii generale a modului în care funcționează creierul. De asemenea, le permite cercetătorilor să facă comparații între evoluții și să încerce să găsească tendințe biologice între specii.
ARN secvențiat
O modalitate de a înțelege ce gene exprimă fiecare tip de celulă este prin utilizarea unei tehnici numite secvențiere de ARN unicelular (scRNA-seq). Acest instrument le permite cercetătorilor să numere totalul de gene active din fiecare celulă dintr-o anumită probă. Acesta le oferă un „instantaneu” al activităților pe care fiecare celulă le făcea atunci când a fost colectată.
Acest instrument a fost esențial în înțelegerea tipurilor de celule care există în creierul animalelor. Oamenii de știință au folosit scRNA-seq la pești, reptile, șoareci și chiar oameni. Dar o piesă majoră a puzzle-ului evoluției creierului a lipsit: amfibienii.
Evoluția creierului
Echipa a decis să se concentreze pe telencefalul axolotulului. La om, telencefalul este cea mai mare diviziune a creierului și conține o regiune numită neocortex, care are un rol cheie în comportament și cunoaștere.
De-a lungul evoluției recente, neocortexul a crescut masiv în dimensiune în comparație cu alte regiuni ale creierului. În mod similar, tipurile de celule care alcătuiesc telencefalul în general s-au diversificat foarte mult și au crescut în complexitate de-a lungul timpului, făcând din această regiune o zonă interesantă pentru studii.
Oamenii de știință au folosit scRNA-seq pentru a identifica diferitele tipuri de celule care alcătuiesc telencefalul axolotului, inclusiv diferite tipuri de neuroni și celule progenitoare (celule care se pot diviza sau se pot transforma în alte tipuri de celule).
Axoloții își pot regenera creierul folosind un tip intermediar de celule
Cercetătorii au identificat ce gene sunt active atunci când celulele progenitoare devin neuroni și au constatat că multe trec printr-un tip de celulă intermediar numit neuroblaste (despre care nu se știa că există la axoloți), înainte de a deveni neuroni maturi.
Echipa a pus la încercare regenerarea axolotulului prin îndepărtarea unei secțiuni a telencefalului. Folosind o metodă specializată de scRNA-seq, au reușit să capteze și să secvențieze toate celulele noi în diferite stadii de regenerare, de la una la 12 săptămâni după leziune. În cele din urmă, au constatat că toate tipurile de celule care au fost îndepărtate au fost complet restaurate.
Cercetătorii au observat că axoloții își pot regenera creierul în trei faze principale. Prima fază începe cu o creștere rapidă a numărului de celule progenitoare, iar o mică parte dintre aceste celule activează un proces de vindecare a rănilor. În faza a doua, celulele progenitoare încep să se diferențieze în neuroblaste. În cele din urmă, în faza a treia, neuroblastele se diferențiază în aceleași tipuri de neuroni care s-au pierdut inițial.
În mod uluitor, s-a observat că conexiunile neuronale întrerupte dintre zona îndepărtată și alte zone ale creierului au fost reconectate. Această recablare indică faptul că zona regenerată și-a recăpătat și funcția inițială.
Evoluția speciilor
Adăugarea amfibienilor la puzzle-ul evolutiv le permite cercetătorilor să deducă modul în care creierul și tipurile sale de celule s-au schimbat de-a lungul timpului, precum și mecanismele din spatele regenerării.
Comparând datele despre axolot cu alte specii, oamenii de știință au descoperit că celulele din telencefalul axolotului prezintă o asemănare puternică cu hipocampul mamiferelor, regiunea creierului implicată în formarea memoriei, și cortexul olfactiv, regiunea creierului implicată în simțul mirosului.
Au fost găsite chiar și unele asemănări dintre un tip de celulă de axolot și neocortex, zona creierului cunoscută pentru percepție, gândire și raționament spațial la oameni. Aceste asemănări indică faptul că aceste zone ale creierului pot fi conservate evolutiv sau au rămas comparabile pe parcursul evoluției și că neocortexul mamiferelor poate avea un tip de celulă strămoșească în telencefalul amfibienilor.
În timp ce studiul pune în lumină procesul de regenerare a creierului, inclusiv ce gene sunt implicate și modul în care celulele devin în cele din urmă neuroni, încă nu se știe ce semnale externe inițiază acest proces. Mai mult, nu se știe dacă procesele identificate le sunt încă accesibile animalelor care au evoluat mai târziu în timp, cum ar fi șoarecii sau oamenii.
Cercetarea continuă
Dar echipa din spatele acestui studiu nu caută să rezolve de una singură puzzle-ul evoluției creierului. Laboratorul Tosches, de la Universitatea Columbia, a explorat diversitatea tipurilor de celule la o altă specie de salamandre, Pleurodeles waltl, în timp ce laboratorul Fei, de la Academia de Științe Medicale din Guangdong, din China, și colaboratorii companiei de științe ale vieții BGI au explorat modul în care tipurile de celule sunt aranjate spațial în creierul anterior al axolotului.
Identificarea tuturor tipurilor de celule din creierul axolotului ajută, de asemenea, la deschiderea drumului către cercetări inovatoare în medicina regenerativă, scrie Medical Xpress.
Creierul șoarecilor și al oamenilor și-a pierdut în mare măsură capacitatea de a se repara sau de a se regenera. Intervențiile medicale pentru leziuni cerebrale severe se concentrează în prezent pe terapii cu medicamente și celule stem pentru a stimula sau favoriza repararea.
Examinarea genelor și a tipurilor de celule prin care axoloții își pot regenera creierul poate fi cheia pentru îmbunătățirea tratamentelor pentru leziuni severe și pentru a debloca potențialul de regenerare la oameni.
Vă recomandăm să citiți și:
Oamenii de știință au identificat neuronii care dau naștere fricii
Mersul pe jos este secretul longevității. Iată concluziile specialiștilor
Șocurile electrice ușoare aplicate creierului pot proteja persoanele în vârstă de pierderea memoriei