内耳压力释放阀在3 d成像
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几年前,伊恩·斯文本科技大学HMS系统生物学研究员,注意到一些奇怪的同时进行延时显微研究斑马鱼的内耳。在内耳微小结构脉动像发条一样,膨胀和紧缩。
斯文本科技大学和他的博士后顾问肖恩Megason, HMS系统生物学副教授,进一步探索,他们发现结构内淋巴的囊,囊性口袋里连接到内耳的其余部分很长,细管。
但无论是可以解释为什么这是脉动。
在接下来的几年里,斯文本科技大学和Megason致力于更好地了解这个神秘的功能结构。要做到这一点,他们必须可视化操作。
与一些世界领先的显微镜实验室合作,他们拼凑的不同视图内淋巴的囊,直到清晰的画面出现了。
在eLife 6月19日发表的一项研究中,研究小组报告调查的结果:内淋巴的囊作为溢流阀,是由一层薄薄的屏障打开和关闭调节的细胞预测流体从内耳的释放。
他们的发现揭示了一个独特的生物机制维持流体压力和成分和可能通知涉及缺陷疾病的研究和治疗内耳压力梅尼埃病(又名内耳眩晕病)等的症状是眩晕、听力损失和耳鸣。也可以帮助研究人员研究结果压力控制等其他器官的眼睛和肾脏,也有液体蛀牙。
“每隔一段时间,你听到一个房子被毁于热水器因其泄压阀是有缺陷的,”斯文本科技大学说。“重要的是要有这些安全控制系统在我们的器官。”
一些奇怪的
内耳感觉器官负责听觉和平衡,是由几个复杂的结构。在哺乳动物中,声音是蜗牛贝壳形检测到的耳蜗,和头部运动是被三个空心环骨半规管。
所有的内耳结构之间相互关联,充满了专业流体,这举措以应对声波或运动。检测这些微妙的流体运动由感觉细胞和转化为对大脑神经信号处理。
内耳液的压力和化学成分必须小心维护,和某些疾病如梅尼埃病(又名内耳眩晕病)被认为源于异常压力波动。
科学家一直假设内淋巴的囊在这种液体的压力调节过程中发挥作用,但哺乳动物内耳是小包裹,密度极高的骨头,这使得它很难访问和学习。
斑马鱼胚胎的内耳,斯文本科技大学和Megason研究,更加清晰可见。当团队首次发现的脉动行为内淋巴的囊,他们怀疑与压力控制连接。然而,证明它是另一回事。
“我们有所有这些电影,你可以看到整个结构脉动,而当伊恩染料注入囊我们可以看到液体流出,“Megason说。“但它不清楚液体变得如何。似乎发生了一件奇怪的事情。”
尤里卡时刻
当时,斯文本科技大学也从事一个编外项目回顾先前发表的研究各种斑马鱼突变基因。他偶然发现的突变体之一,转录因子的异常形式lmx1bb,内淋巴的囊,远比正常。
突变lmx1bb引起异常膨胀的内淋巴的囊。视频:斯文本科技大学/ Megason
通过染料注入实验,他们发现在lmx1bb突变体,内耳液不流出内淋巴的囊,和液体的积聚导致结构气球。
团队指出,通常情况下,一些液体泄漏时回囊消气。没有这样的泄漏发生在lmx1bb突变体,然而,这表明结构在某种程度上关闭。
难住了,直到他们与杰夫•里奇曼教授杰里米·r·诺尔斯的分子和细胞生物学和圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔教授在哈佛大学艺术与科学。
李奇曼实验室专门从事大脑成像,在他们收集的数据是内耳的高分辨率的电子显微图。
斯文本科技大学和Megason分析这些图像时,他们观察flap-like膜称为预测薄板从细胞内淋巴的囊。这些褶叶相互重叠,形成一个障碍。
“生物学家说,结构决定功能。当我们第一次看到了薄板,点击,”斯文本科技大学说。
“这是一个顿悟的时刻,”Megason补充道。
最后救援
团队的分析显示,正常内淋巴的囊包含极薄壳这些重叠的薄片,他们被称为“层状障碍。”
在大多数组织中,细胞之间的紧密连接和水不能通过。细胞内淋巴的囊,然而,他们之间似乎有小缺口,这是由片状壁垒。
当流体压力构建,囊膨胀和壁垒开始分离。一旦某个临界点,壁垒打开,允许流体流动的囊来缓解压力。
为了进一步研究,研究人员与显微镜的先锋和诺贝尔奖得主埃里克Betzig霍华德休斯医学研究所和托马斯·科切豪斯,HMS的细胞生物学教授,波士顿儿童医院的儿科教授。
科切豪斯,今年早些时候,Betzig Megason和他的同事发表了一篇重要论文描述一项新技术被称为自适应optics-lattice光片显微镜,研究人员可以捕获3 d图像和电影里面的细胞生物以前所未有的细节。
团队这一技术应用于内淋巴的囊,并观察到层状障碍积极和动态移动囊扩张和衰退。
“他们不断地爬行。它看起来像一个细胞的迁移,但他们是上皮细胞的一部分。很奇怪的细胞生物学,”斯文本科技大学说。
结果涉及到内淋巴的囊作为内耳的溢流阀,但仍有许多谜团在未来的研究中,如层状障碍如何相互连接,是否打开物理压力或压敏蛋白质和这个相同的机制是否存在于其他的动物,如老鼠和人类。
该小组还怀疑这个机制可能存在于其他器官,如眼睛、大脑和肾脏,也包含加压充满液体的腔。特别感兴趣的是lmx1bb相关基因的作用,而在突变小鼠,导致肾脏和眼睛的问题。
lmx1基因突变在人类与青光眼,条件液体积聚在眼睛的前部。
更好的理解层状障碍和压力——救济机制可以帮助通知这些疾病的研究和治疗,作者建议。
“这项研究绝对是眼见为实,”Megason说。“这是非常重要的尖端显微镜在许多不同的方面。每种不同的显微镜技术给了我们一个不同的拼图的放在一起的时候,我们得到的全貌。”
这篇文章被转载材料所提供的哈佛医学院。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。
参考:
斯文本科技大学,即。、Mosaliganti k·R。、Upadhyayula年代。刘,t . L。希尔德布兰,d G。蔡,t . y . C。,……& Engert f (2018)。层状的预测内淋巴的囊作为安全阀调节内耳压力。eLife 7。
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