Благодаря новой технологии мутации генов, разработанной за последние два года, исследователь Калифорнийского университета Даниэль Буххольц, доцент биологических наук и аспирант Джинён Чой, вместе с учеными факультета математики и наук о жизни Хиросимского университета, смогли успешно мутировать ген. в моделях головастиков. Вместе они обнаружили ценность головастиков как идеальных моделей для изучения роли гормонов в развитии из-за своевременного превращения головастика в молодую лягушку и потому, что этот переход полностью зависит от гормонов.Чой и Буххольц недавно опубликовали это исследование в журнале Endocrinology под названием «Нелигандированный рецептор гормона щитовидной железы альфа регулирует время развития посредством репрессии генов, что обнаруживается при нарушении гена у Xenopus tropicali». Чой также представит свои исследования на конференции ENDO 2015 в марте в Сан-Диего, а Бухгольц представит свою работу на проводимой раз в два года конференции NASCE (Североамериканское общество сравнительной эндокринологии) в Торонто, 21-25 июня.
В более ранних исследованиях Бухгольц обнаружил, что головастики не изменяются в отсутствие гормонов. Вместо этого они просто становятся более крупными головастиками.Это явление было впервые обнаружено в 1916 году, когда ученые смогли хирургическим путем удалить щитовидную железу и обнаружили, что гормон щитовидной железы необходим для метаморфоза. Теперь, в почти 100-летнюю годовщину этого откровения, Бухгольц и Цой теперь могут изучить другую часть истории.
«Теперь мы можем манипулировать генами и белками, которые являются рецепторами, чтобы еще глубже изучить то, что делают эти рецепторы», — говорит Бухгольц. «Эта новая технология была цитирована в журналах Science и Nature и вполне могла бы произвести революцию в изучении немодельных организмов. Другие ученые использовали эту технологию для других организмов, но мы одни из первых, кто применил эту технологию для головастиков. "Поскольку Хиросимский университет уже использовал эту новую технику, они предоставили технологию Бухгольцу и Чою и отправили сюда реагенты, чтобы произвести мутацию.На первом этапе развития, когда яйцо делится на две части, Чой смог мутировать THR только в одной из клеток.
Хотя эта клетка составляет половину тела, Чой смогла обозначить, какой клеткой она манипулировала, что дало начало этой половине тела. Исходя из этого, она могла определить, на какой стороне была мутация, а какая в норме. Затем они посмотрели на то, что происходило во время развития, и, следовательно, получили полный контроль над одним и тем же животным.Чой и Бухгольц обнаружили, что альфа THR у лягушек сначала контролирует время развития задних конечностей.
Нормальное развитие задней конечности их модели головастика показывает более короткий обрубок слева (среднее изображение), в то время как мутировавшая конечность справа (нижнее изображение) показывает значительный ускоренный рост правой конечности, что было неожиданным результатом для обоих. Бухгольц и Цой.
Бухгольц объяснил, что исследование становится еще более примечательным. По иронии судьбы его научный руководитель Юн-Бо Ши из Национального института здоровья и развития детей (NICHD), где Бухгольц впервые изучал молекулярную биологию лягушек с 2000 по 2006 год, также изучал эту точную технологию на моделях головастиков в в то же время. Хотя Бухгольц, Чой и Ши из NICHD до недавнего времени знали об исследованиях друг друга, все они обнаружили один и тот же результат после мутации только одного рецептора гормона.
В своего рода двойном исследовании UC и NICHD повторили исследования друг друга и получили идентичные результаты. Как следствие, обе статьи публикуются в «Эндокринологии» одновременно, и в связи с уникальной ситуацией в публикации также будут опубликованы статьи «Новости и обзоры» по этой теме.
Бухгольц указывает на то, что у мышей ученым удавалось отключать ген на довольно долгое время из-за особой структуры их репродуктивной системы, которая может производить эмбриональные стволовые клетки. Но у головастиков Чой и Бухгольц смогли удалить только один из двух рецепторов гормонов щитовидной железы (альфа и бета). Выключив только альфа-рецептор, Чой смог лучше определить, что каждый рецептор контролирует в организме.
«Мы уже знаем, что произойдет, если не будет сигнала гормона щитовидной железы, поскольку он просто заберет гормон», — говорит Бухгольц. «У людей вообще никакой гормон не вызывает кретинизма, когда человек имеет низкий рост и умственную отсталость. Так что в этом случае он становится довольно серьезным».
У людей Бухгольц также объясняет, что THR alpha контролирует частоту сердечных сокращений, а THR beta контролирует уровень гормонов щитовидной железы, а во время развития также контролирует слух. Таким образом, способность различать, что один рецептор делает с другим, очень важна и имеет определенные последствия, особенно по сравнению с отсутствием гормона вообще.
Метаморфоз лягушки сравнивают с рождением у людей, потому что во время метаморфоза лягушки наблюдается пик зависимости уровня гормонов щитовидной железы в крови, а также пик уровня гормонов щитовидной железы в крови в момент рождения у людей. Поскольку люди и лягушки являются позвоночными животными, Бухгольц объясняет, что есть много других сходств, и рецепторы гормонов щитовидной железы альфа и бета экспрессируются в аналогичных типах клеток.
Клетки могут реагировать на аналогичные агонисты и антагонисты, которые представляют собой химические вещества, которые могут блокировать или индуцировать функцию гормона щитовидной железы. С помощью этой технологии мы можем протестировать такие химические вещества и изучить, какое влияние они оказывают на роль рецепторов.
«Зная, что то, что делают THR у лягушек, очень похоже на то, что они делают у людей, мы можем надеяться лучше понять, что происходит у людей на стадии развития, которую очень трудно изучать на людях», — говорит Бухгольц.