Первинні війки на горизонтальних базальних клітинах регулюють регенерацію нюхового епітелію
Аріелл М. Столяр
1 Кафедра фармакології, Медична школа Мічиганського університету, Ен-Арбор, Мічиган 48109-5632,
Уоррен В. Грін
2 Кафедра фармакології та терапії, Університет Флориди, Медичний коледж, Гейнсвілль, Флорида 32610-0267,
Джеремі К. Макінтайр
2 Кафедра фармакології та терапії, Університет Флориди, Медичний коледж, Гейнсвілль, Флорида 32610-0267,
Бенджамін Л. Аллен
3 Відділ клітинної біології та розвитку, Медичний факультет Університету Мічигану, Ен-Арбор, штат Мічиган 48109-2200, та
Джеймс Е. Швоб
4 Кафедра розвитку, молекулярної та хімічної біології, Медична школа Університету Тафтса, Бостон, штат Массачусетс 02111
Джеффрі Р. Мартенс
1 Кафедра фармакології, Медична школа Мічиганського університету, Ен-Арбор, Мічиган 48109-5632,
2 Кафедра фармакології та терапії, Університет Флориди, Медичний коледж, Гейнсвілль, Флорида 32610-0267,
Вклади авторів: A.M.J., J.C.M. та J.R.M. розроблені дослідження; A.M.J., W.W.G. та J.C.M. виконані дослідження; A.M.J., W.W.G., J.C.M. та J.R.M. проаналізовані дані; A.M.J., W.W.G., J.C.M., B.L.A., J.E.S. та J.R.M. написав роботу.
Анотація
ЗАЯВА ПРО ЗНАЧЕННЯ Ми вперше показуємо присутність первинних війок у спокійній популяції базальних стовбурових клітин, горизонтальних базальних клітин (HBC), в нюховому епітелії (OE). Важливо, що наші дані демонструють, що війки на ГБК необхідні для регенерації ОЕ після травми. Більше того, порушення ресничок HBC змінює нейрогенез під час розвитку ОЕ, забезпечуючи докази того, що HBC беруть участь у встановленні цієї тканини. Ці дані свідчать про те, що механізми проникнення ціліопатій в ОЕ виходять за рамки дефектів нюхових сенсорних нейронів і можуть включати зміни в підтримці та регенерації ОЕ.
Вступ
Нейрогенез відбувається внаслідок самообновлення та диференціації нервових стовбурових клітин (NSCs; Gage, 2000). Незважаючи на те, що НСК поширені в процесі розвитку, також є в нервовій системі дорослих, в нюховому епітелії (ОЕ), субвентрикулярній зоні (СВЗ) бічного шлуночка та субкристалічній зоні гіпокампу (Gage, 2000; Альварес-Буйлла та Гарсія -Вердуго, 2002; Lie et al., 2004). Фактори та механізми, що регулюють проліферацію, міграцію, диференціацію та виживання клітин під час розвитку, можуть бути активними в нервовій системі дорослих, дозволяючи відновлення тканин та нейропластичність (огляд див. Lie et al., 2004). На відміну від більшості сенсорних систем, ОЕ здатний відновлювати як нейронні, так і ненейронні популяції після пошкодження та загибелі нейронів за допомогою дії резидентних популяцій нюхових стовбурових клітин (Graziadei and Graziadei, 1979; Calof and Chikaraishi, 1989; Edge and Chen, 2008). Нюхові сенсорні нейрони (OSN) унікальні тим, що вони безпосередньо контактують як із зовнішнім середовищем, так і з мозком. Хоча цей прямий контакт дозволяє ОСН виявляти запахи, він також піддає ОЕ образам токсинів, бактерій та вірусів, що призводять до загибелі клітин. Тому здатність до нейрогенезу та заміни ОСН є критично важливою для підтримки цієї важливої сенсорної системи.
Первинні вії відіграють важливу роль у проліферації, диференціації та регуляції клітинного циклу (для огляду див. Irigoín and Badano, 2011). Зростає кількість доказів того, що первинні вії регулюють нейрогенез та/або правильну диференціацію стовбурових клітин дорослих на ампліфікуючі клітини-попередники або гліальні клітини в SVZ та гіпокампі (Amador-Arjona et al., 2011; Kumamoto et al., 2012; Tong et al. ., 2014). Отже, коли в цих системах порушені війки, також порушуються опосередковані війками сигнальні шляхи, такі як звуковий їжак, та модульовані віями сигнальні шляхи, такі як Wnt (Kumamoto et al., 2012; Tong et al., 2014) . Ці висновки демонструють важливу роль, яку інфузорії відіграють у сигнальних шляхах, необхідних для правильної диференціації клітин під час розвитку та гомеостазу дорослих.
Тут ми показуємо, що HBC мають первинні вії, що припускає потенційний механізм молекулярної регуляції нюхових базальних стовбурових клітин в ОЕ. У мишей, у яких HBC не мали війок, ОЕ продемонстрував обмежену регенерацію після ураження зі значним зменшенням зрілих ОСН. Крім того, коли віруси HBC були видалені на початку розвитку, було виявлено, що конкретні регіони ОЕ мають значне зменшення OSN. Ці дані визначають реснички HBC як раніше невпізнану сигнальну структуру в ОЕ, забезпечують механістичне розуміння регуляції ГБК під час нюхової регенерації та вказують на потенційну роль ГБК у розвитку ОЕ.