UCSD koordineerimata puuviljakärbeste uuring annab molekulaarseid vihjeid inimeste kuulmisprobleemidele

UCSD koordineerimata puuviljakärbeste uuring annab molekulaarseid vihjeid inimeste kuulmisprobleemidele
UCSD koordineerimata puuviljakärbeste uuring annab molekulaarseid vihjeid inimeste kuulmisprobleemidele
Anonim

San Diego California ülikooli teadlased leidsid geniaalses uuringus tõsiselt koordineerimata äädikakärbeste kohta esimesed molekulaarsed vihjed selle kohta, kuidas inimesed ja teised keerulised organismid kuulevad, säilitavad tasakaalu ja tunnetavad puudutust.

Ajakirja Science 24. märtsi numbris teatasid ülikooli bioloogiaosakonna ja Howard Hughesi meditsiiniinstituudi teadlased, et nad avastasid Drosophilas geeni, mis muutmisel häirib äädikakärbse mehhanoretseptori rakkude molekulaarset talitlust.Selle tulemuseks on kärbsed, kes ei kuule ega taju ümbritsevat maailma ning on nii koordineerimata, et ilma teadlaste abita surevad kiiresti.

"Sa pead neid sõna otseses mõttes käsitsi toitma, neile toitu suhu panema, sest nad on nii koordineerimata, et nad lihts alt ei saa muul viisil toimida," ütles ülikooli järeldoktor Richard G. Walker. UCSD ja uuringu esimene autor. "See on surmav mutatsioon, sest kui nad oma nukukoopast välja tulevad, on nad nii koordineerimata, et kukuvad lihts alt oma toidu sisse, mis on kuidagi kleepuv, kuhu nad kinni jäävad ja surevad."

Teadlased on viimase 15 aasta jooksul teadnud, et mehaanilist energiat heli ja puudutuse kujul võivad väikesed mehhanoretseptori rakud muuta keemilisteks ja elektrilisteks signaalideks, mida aju töötleb, et kuulda, tajuda puudutust, säilitada tasakaalu ja määrata oma jäsemete asukoht ruumis. Paljud neist selgroogsetel ja selgrootutel leiduvatest rakkudest koosnevad pisikestest karvalaadsetest struktuuridest, mis kõrvalekaldumisel avavad rakkudes ioonikanalid, vallandades neurotransmitterite vabanemise, mis seejärel tekitavad ajus elektrilisi reaktsioone.

"Mehaanilised meeled säilivad evolutsiooni käigus, alates kõige pisematest organismidest kuni inimesteni, sest nad kõik täidavad seda kriitilist funktsiooni, milleks on reageerida mehaanilisele stimulatsioonile," ütles bioloogiaprofessor Charles S. Zuker õping. "Meie naudime imelisi sümfooniaid ei muud kui mehaanilise energia muundamine elektrilisteks signaalideks meie sisekõrva rakkude poolt."

Teadlased pole teadnud, kuidas geenid mõjutavad üksikasjalikke molekulaarseid protsesse nendes mehhanoretseptori rakkudes. Sellised rakud on tavaliselt väikesed ja suhteliselt vähe, mistõttu on teadlastel raske koguda piisav alt materjali biokeemiliste uuringute jaoks. Kuid Drosophilas on putuka rindkere mehhanoretseptori rakkude harjased eriti suured ja silmapaistvad, muutes need biokeemilisteks ja elektrofüsioloogilisteks uuringuteks sobivaks. Kuna nii palju tema geene on tuvastatud ja kaardistatud, on äädikakärbes ideaalne organism ka geneetiliste uuringute läbiviimiseks.

Uuringu läbiviimiseks kontrollis Walker esm alt 27 Drosophila tüve geneetiliste mutatsioonidega, mis muutsid need tõsiselt koordineerimata. Nendel mutantidel, mille isoleeris kuus aastat tagasi Zukeri labori järeldoktor Maurice Kernan, kes töötab praegu New Yorgi osariigi ülikoolis Stony Brookis, arvatakse olevat mitmesugused mutatsioonid, mis takistavad nende ajul signaale vastu võtmast. mehhanoretseptori rakud.

Samas tahtis Walker ainult neid mutante, millel on defektid mehhaanilise elektrilise ülekanderaja enda jaoks. Ta leidis need, mõõtes nende mehhanoretseptori neuronite elektrivoolu, kui rakkude karvaharjased olid veidi kõrvale kaldunud. Tavaliste putukate puhul tekitab see väikese elektrivoolu. Rakud on nii tundlikud, et aju suudab tajuda liikumist, mis suunab harjased kõrvale vaid väikese osa mikromeetrist.

Pärast seda, kui Walker avastas kolm tüve, mis tootsid vähe või üldse mitte elektrivoolu, nimetati nompC-ks kui "mehhaanoretseptori potentsiaal puudub C", tuvastas ta uudset ioonkanalit kodeeriva geeni, mis nompC-sse pannes taastasid kärbsed mutandid normaalseks..Zukeri laboris töötav magistrant Aarron T. Willingham seostas defektid selle geeni mutatsioonidega, kinnitades nompC identiteeti.

"Kui nad nompC kloonisid, oli kõik selge," ütles Peter G. Gillespie Oregoni kuulmisuuringute keskusest ja Oregoni terviseteaduste ülikooli Vollumi instituudist. "NompC on kindlasti osa kärbse ülekandekanalist, kas pooridest endast või põhikomponendist. Sellel tööl on tohutu tähtsus, kuna see viitab sellele, et nompC sugulasi otsides võib leida muid mehhanotransduktsioonikanaleid. Mis tahes valgu tuvastamine, mis toimib mis tahes mehaanilises transduktsiooniaparaat on olnud erakordselt raske. Kuid siin on meil selge vastus."

UCSD teadlased leidsid ümarussis C. elegansis homoloogse või funktsionaalselt sarnase valgu, mida toodab sarnane geen. Nad kahtlustavad, et inimestel ja teistel selgroogsetel organismidel leidub sarnaseid geene ja valke, mis on säilitanud sama geneetilise ja biokeemilise mehhanismi nagu Drosophila ja C.elegants läbi evolutsiooni.

"Kui on midagi, mida oleme viimase 80 aasta jooksul õppinud, siis see, et mudelorganismid nagu Drosophila on suurepärased avastamismootorid," ütles Zuker. "Need mitte ainult ei võimalda meil tõhus alt keskenduda probleemidele, mida kõrgemates organismides on raske jälgida, vaid võtavad kokku ka paljuski sama bioloogia kui keerulisemad vormid. Sisuliselt pole me midagi muud kui suur kärbes."

Ta ja ta kolleegid usuvad, et nende avastust võib kasutada kuulmislanguse mõistmisel ja ravimisel, mis mõjutab hinnanguliselt umbes 30 miljonit ameeriklast.

"Nii raske kui ka seda visualiseerida on, on kärbse harjaste ja inimese sisekõrva mehhaniseerimise vahel väga tugevad arengulised ja füsioloogilised paralleelid," ütles UCSD bioloogiaprofessor James W. Posakony. "Seega on täiesti võimalik, et selle kanalivalgu inimversioon on olemas ja sellel on suur roll selles, kuidas me kuuleme.See oleks inimeste kuulmise ja kurtuse mõistmisel äärmiselt oluline."

"Kuulmislangus on tööstusriikides suur meditsiiniline probleem, sest kuulmislangus esineb mitmel erineval kujul," ütles Zuker. "Paljud on päritud ja paljud on tingitud väärkohtlemisest. On väga tõenäoline, et mõlemat tüüpi inimese häired on tihed alt seotud nende rakkude töövõime defektidega. Nii et mehhaanilise sensoorse signaalimise mehhanismi mõistmine võib anda väga olulisi teadmisi selle kohta, kuidas ravida, ennetada ja diagnoosida kuulmishäireid."

Populaarne teema