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神秘细胞现身鱼类感觉器官,它们有什么作用?

斑马鱼侧线神经丘和离子转运细胞的共焦显微镜图像。

科学家在斑马鱼身上发现了一种从未被描述过的细胞类型――离子转运细胞。该发现有助于人类通过刺激毛细胞的再生来恢复听力。

相较于鱼类和鸡等其他脊椎动物,哺乳动物在进化意义上的缺点之一是无法再生感觉毛细胞。我们耳朵内的毛细胞负责将声音振动和重力转化为电信号,这些电信号帮助我们探测声音、保持平衡并完成空间定向。某些因素(如噪音、抗生素或年龄)会导致内耳毛细胞死亡,从而造成听力损失和前庭缺陷。此外,毛细胞周围液体的离子组成也需严格控制,否则毛细胞功能将受损。

通过毛细胞再生恢复听力的医学疗法并非无法实现,美国斯托尔斯医学研究所的团队正在利用鱼类展开相关研究。研究领导者Tatjana Piotrowski博士说:“为了详细了解使鱼类能够再生毛细胞的分子机制和基因,我们需要了解哪些细胞可以产生再生毛细胞,以及感觉器官中存在多少种细胞类型。”

Piotrowski实验室探索了斑马鱼侧线感觉毛细胞的再生。这些细胞位于鱼皮表面,易于观察。侧线的感觉器官被称为神经丘,含有支持细胞,可以轻易分化成新的毛细胞。此前曾有研究证明,神经丘的细胞来源于神经基板。然而,这次的实验结果表明,虽然斑马鱼神经丘的大多数细胞确实起源于神经基板,但并非所有细胞都是如此。

研究人员在4月19日发表于《发育细胞》杂志的一篇论文中描述了他们在胚后期及成年动物神经丘中偶然发现的一对没有侧线标记的细胞。当使用Zebrabow技术(用于斑马鱼的活体多色成像技术)追踪胚胎细胞的发育过程时,这些细胞的标记颜色不一样。“虽然这些细胞在神经丘中都有相对固定的位置,但它们并不总是在那里。有些神经丘有,有些没有,这让我们很意外。”

些细胞鉴定尼埃氏病的毛细胞负责将声音振动和重力转化为电信号,我利用单细胞RNA测序的实验方法,研究人员最终将这些细胞认定为离子转运细胞――一种能够调节附近液体离子组成的特殊类型细胞。利用谱系追踪,他们确定离子转运细胞来源于神经丘周围的皮肤细胞。他们将这些细胞命名为神经丘相关离子转运细胞。

研究人员观察到,离子转运细胞祖细胞以成对的方式迁移到神经丘,在其他支持细胞和毛细胞之间重新排列。这种现象在斑马鱼的早期幼体、后期幼体以及成鱼阶段都有发生。神经丘相关离子转运细胞的入侵频率与发育阶段有关,甚至连幼鱼从富离子胚胎培养基转移到贫离子水中时也会出现这种现象。

在每对细胞中,他们确定只有一个细胞被Notch信号通路报告器标记为荧光红色或绿色蛋白。此外,两个细胞都有延伸到神经丘的顶端或顶面,常为薄突起。Notch阴性细胞显示出指向神经丘内腔的独特“牙刷样”微绒毛。

研究人员表示:“我们的研究首次表明,即使是在成年动物体内,离子转运细胞也会侵入感觉器官,而且它们这样做只是对动物生活环境的变化作出反应。因此,这些细胞也许能发挥重要作用,使动物适应不断变化的环境条件。” 该发现或许能帮助人类通过刺激毛细胞再生来恢复听力。

科界原创

编译:小贝

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《发育细胞》

期刊编号:1534-5807

原文链接:https://phys.org/news/2021-04-discovery-elusive-cell-fish-sensory.html

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