Ian A Swinburne, Kishore R Mosaliganti, Srigokul Upadhyayula, et al. Lamellar projections in the endolymphatic sac act as a relief valve to regulate inner ear pressure. eLife, 2018; 7 DOI: 10.7554/eLife.37131 | |
|---|---|
 ED- эндолимфатический проток, ES- эндолимфатический мешок Ранее было установлены во внутреннем ухе рыбок данио крошечные структуры, пульсирующие подобно часовому механизму, надуваясь и спадая снова и снова. Далее было установлено, что эти структуры эндолимфатического мешка, заполненного жидкостью кармана, соединенного с остальной частью внутреннего уха длинным тонким протоком. But neither could explain why it was pulsing.
"Ученые знают о существовании эндолимфатического мешка уже 300 лет, но была не известна его роль," говорит Megason. "Он даже часто отсутствует в моделях или учебниках по внутреннему уху.
В течение нескольких лет Swinburne и Megason работали над тем, чтобы лучше понять функцию мистической структуры. Им удалось визуализровать его в действии. Сотрудничая с ведущими микроскопическими лаб., О\они свели воедино разные изображения эндолимфатического протока, пока не стала очевидной четкая картина.
Показано, что эндолимфатический мешок действует как предохранительный клапан и он формируется с помощью тонкого барьера из клеточных проекций , которые открываются или закрываются, чтобы регулировать высвобождение жидкости изнутри внутреннего уха.
Их находки показали уникальный биологический механизма для поддержания давления и состава жидкости и это предоставляет информацию для изучения и лечения нарушений, связанных с дефектами давления во внутреннем ухе, таких как болезнь Meniere's, состояние, характеризующееся глдловокружениями, потерей слуха и звоном в ушах. Эти результаты помогут также понять исследователям контроля давления в др. органах, таких как глаза и почки, которые также являются полостями, заполненными жидкостью. Something Weird
Внутреннее ухо является сенсорным органом, отвечающим за слух и баланс и состоит из нескольких сложных структур. У млекопитающих звуки определяются слуховой улиткой, а движения головы определяются тремя полыми петлями из кости, наз. полукружными каналами.
Все структуры внутреннего уха взаимосвязаны и заполнены специализированной жидкостью, которая перемещается в ответ на звуковые волны и движения головой. Эти незначительные перемещения жидкости определяются сенсорными клетками и превращаются в нервные сигналы, преобразующиеся в головном мозге. Как давление, так и химический состав жидкости внутреннего уха тщательно поддерживаются, а некоторые нарушения, такие как болезнь Миньера, содержат в основе аномальные флюктуации давления.
Ученые давно предполагали, что эндолимфатический мешок играет роль в регуляции давления этой жидкостси, но внутренне ухо млекопитающих мало заключено в чрезвычайно плотную кость, что затрудняет доступ и исследование.
Внутренне ухо эмбрионов рыбок данио, которых исследовали Swinburne и Megason, предоставляет значительно большую видимость. Когда исследователи впервые наблюдали пульсирующее поведение эндолимфатического мешка, то они заподозрили связь с контролем давления.
"Когда мы получили все эти видеосъемки, то смогли увидеть всю пульсирующую структуру и когда инъецировали краску в мешок, то смогли увидеть вытекание жидкости," говорит Megason. "Но оставалось неясным, как жидкость выталкивается. Казалось, что происходит нечто сверхестественное." Eureka Moment
А это время Swinburne также развивал побочный проект, рассматривая ранее опубликованные исследования рыбок данио с разными мутантными генами. project reviewing previously published studies of various zebrafish with mutated genes. Он наткнулся на одного из мутантов с аномальной формой транскрипционного фактора lmx1bb, которые имели эндолимфатический мелок более крупный, чем в норме.
С помощь. экспериментов по введению краски они установили, что Tу мутантов lmx1bb жидкость внутреннего уха не вытекает из эндолимфатического мешка, как должна, а подъем уровня жидкости превращает структуру в пузырь. Исследователи отметили, что обычно небольшое количество жидкости также протекает обратно в мешок, когда он сдувается. Такого оттока не происходило у мутантов lmx1bb, это подтвердило, что структура каким-то образом закупорена.
Они были озадачены до тех пор, пока не связались с Jeff Lichtman, the Jeremy R. Knowles Professor of Molecular and Cellular Biology and the Santiago Ramon y Cajal Professor of Arts and Sciences at Harvard University. Лаб. Lichtman специализируется на получении изображений головного мозга и среди множества данных они собрали коллекцию ЭМ микрофотографий внутреннего уха с высоким разрешением.
Когда Swinburne и Megason проанализировали эти изображения, то они обнаружили подобные створкам мембранные проекции, наз. lamella, исходящие из клеток, которые образуют эндолимфатический мешок. Эти створки перекрывались др. с др., образуя барьер.
"Как говорят биологи структура предопределяет функцию. Когда мы увидели эти lamella впервые, то всй встало на место," говорит Swinburne. "Это стало моментом эврики," добавляет Megason. Relief at Last
Анализ показал, что нормальный эндолимфатический мешок содержит чрезвычайно тонкую оболочку, покрывающую эти ламеллы, которую они обозначили как "lamellar barriers." В большинстве тканей клетки столь плотно соединены, что вода не может проходить иежду ними. В эндолимфатическом мешке, однако, клетки, по-видимому, образуют небольшие щели между собой, которые покрываются ламеллярными барьерами.
Когда давление жидкости увеличивается и мешок раздувается, то барьеры начинают отделяться. Ede только достигается определенная точка, то барьеры открываются, позволяя жидкости покидать мешок и понижать давление.
Для дальнейшего исследования ученые привлекли Nobel laureate Eric Betzig из Howard Hughes Medical Institute и Tomas Kirchhausen из Boston Children's Hospital.
Ранее Betzig, Kirchhausen, Megason с колл. опубликовали важную работу, описывающую новую технологию, наз. adaptive optics-lattice light sheet microscopy, которая позволила исследователям получить 3D изображения и видео клеток внутри живых организмов с беспрецедентными деталями.
Ученые использовали эту технологию для исследования эндолимфатического мешка и обнаружили, что ламеллярные барьеры активно и динамически движутся, когда мешок раздувается и спадается.
"Они постоянно образовывали морщины. Это выглядело, как будто клетки мигрируют, но они оставались частью эпителия. Это действительно была сверхестественная клеточная биология," говорит Swinburne.
Их результаты представляют эндолимфатический мешок, как клапан для сброса давления для внутреннего уха, но многие загадки ещё остались для будущего исследования, напр., как контактируют др. с др. ламеллярные барьеры, действительно ли они открываются под действием физического давления или некоторых чувствительных к давлению белков и действительно ли тот же самый механизм присутствует у др. животных, таких как мыши и человек.
Исследователи также подозревают, что этот механизм может присутствовать и в др. органах, таких как глаза, головной мозг и почки, которые также содержат жидкость под давлением, заполняющую полости. Особенно интересна роль генов, родственных lmx1bb, которые, будучи мутантными у мышей, вызывают проблемы глаз и почек.
Мутации в генах lmx1 у человека сцеплены с глаукомой, при которой накапливается жидкость в передней части глаз.
|