Изследване на пептидни хормони в мозъка на примитивно привидно плосък червей разкрива изненадващата сложност на нервната му система и открива нов подход за борба с голямо паразитно заболяване, съобщават изследователите.

може

Изследването се появява в списанието с отворен достъп PLoS Biology.

Планарният плосък червей, Schmidtea med Mediterraneana, е може би най-известен със своите невероятни способности за регенерация. Разрежете го наполовина (по дължина или напречно) и всеки фрагмент ще прерасти липсващите му части, включително мозъка му. Планарният представлява интерес за тези, които изучават размножаването, тъй като съществува в сексуални и безполови разновидности. Безполовите планарии се размножават, като се разделят на две части и след това се регенерират. Половите планарии са хермафродитни. Някои планарии дори могат да превключват между полова и безполова форма.

Свободно живеещият планар също представлява интерес, тъй като е свързан с няколко паразитни плоски червея. Например плоските червеи от рода Schistosoma паразитират над 200 милиона души по целия свят. Ларвите на шистозомите могат да проникнат в кожата и да се разпространят, когато потенциален гостоприемник влезе в контакт със замърсена вода. Веднъж попаднали в гостоприемника, червеите узряват, чифтосват се и произвеждат хиляди яйца, които увреждат вътрешните органи.

"Шистосомозата е едно от основните пренебрегвани тропически заболявания в света", казва професорът по биология на университета в Илинойс и изследователят на Медицинския институт на Хауърд Хюз Филип Нюмарк, който ръководи новото проучване с постдокторант Джеймс Колинс. "И ключът към патологията на болестта е невероятната репродуктивна продукция на животното."

Предишни проучвания предполагат, че сигналите от нервната система играят роля в репродукцията на планария, но са направени малко изследвания за изясняване на тази роля.

„От десетилетия знаем, че невропептидите са важни за координирането на репродукцията на гръбначни животни“, каза Колинс. "Но не е ясно дали съществуват подобни видове механизми за контрол на репродуктивното развитие на безгръбначни."

Колинс започва с нарушаване на обработката на невропептиди при полово размножаващи се планарии и забелязва, че това кара репродуктивните органи на животните да се върнат в примитивен етап в развитието. Това беше сериозно доказателство, че невропептидите могат да повлияят на половото развитие при планария.

Невропептидите се обработват от по-дълги молекули, наречени прохормони, и често се модифицират химически, преди да станат биологично активни. Тъй като невропептидите са съставени само от няколко (обикновено между 3 и 40) аминокиселини, идентифицирането на гените, които ги кодират, е предизвикателна задача.

Колинс е работил с професора по химия в Илинойс Джонатан Суидлър, както и с аспирантката Xiaowen Hou и следдокторанта Елена Романова, върху кропотливия процес на идентифициране на прохормонови гени в планария. Използвайки биоинформатика, съчетана с масова спектроскопия, изследователите идентифицираха 51 гена, за които се предвижда да кодират повече от 200 пептида. Лабораторията на Sweedler разработи биохимичните свойства на 142 от тях с помощта на масова спектроскопия.

След това Колинс проследява експресията на 51 прохормонови гена в различни тъкани в цялото планарно тяло. Този анализ показва уникален модел на експресия за всеки ген (вижте изображението), като някои се изразяват само в специфични клетки в мозъка и други тъкани.

"Тези пептиди ни показват, че планарийният мозък е много по-сложен, отколкото сме оценявали", каза Нюмарк. "Фактът, че те могат да регенерират този мозък, изглежда още по-удивителен сега, когато знаем това."

За да разбере потенциалната функция на пептидите, Колинс използва РНК интерференция, за да блокира активността на специфични прохормонови гени в полова и безполова планария.

"Показахме, че има различни сигнатури в експресията на пептиден хормон при асексуални планарии, които се размножават чрез делене, разкъсване наполовина и чрез сексуално възпроизвеждане на планарии, които са хермафродити и се чифтосват и снасят яйца", каза Нюмарк.

Това сравнение доведе до откритието, че един невропептид, по-специално, оказва силно влияние върху развитието и поддържането на репродуктивната система на животното. Когато изследователите блокират експресията на този невропептид, наречен npy-8, в зряла полова планария, тестисите на червеите и други репродуктивни органи регресират. Блокирането на npy-8 в младежки сексуални планарии предотврати правилното им развитие на половите органи.

Това последно откритие може да насочи към нов подход за борба с паразитни инфекции с плоски червеи, казаха изследователите. Нарушаването на репродуктивните способности на шистозома, например, вероятно би било много ефективно лечение.

"Планарният е сравнително безобидно животно, което има значение за огромен проблем със здравето на човека", каза Sweedler.

Изследването също така подкрепя използването на планария като модел на организъм, казаха изследователите. Способността му да се регенерира, лекотата, с която се отглежда в лабораторията, и фактът, че съществува в сексуални и безполови форми, винаги са представлявали интерес, каза Нюмарк. Но наскоро оценената сложност на мозъка му и фактът, че използва много от сигналните молекули, които са от съществено значение за гръбначните животни, също повишава неговата полезност за науката.

Националните здравни институти и Националната научна фондация подкрепиха това изследване.