这些肌肉细胞是帮助再生扁虫长出眼睛的路标
如果居住在淡水中的小型涡虫Schmidtea mediterranea的眼睛发生任何事情，他们可以在短短几天之内使它们恢复原状。他们如何做到这一点是一个科学难题-Whitehead Institute的Peter Reddien的实验室已经研究了多年。
该实验室的最新项目提供了一些见识：6月26日在《科学》杂志上发表的一篇论文中，雷迪恩实验室的研究人员发现了一种新型细胞，该细胞很可能可以作为指导轴，从而在蠕虫完成困难时帮助将轴突从眼睛传递到大脑。扩大神经回路的任务。
Schmidtea mediterranea的眼睛由捕获光的感光神经元组成，该神经元通过称为轴突的长而刺状的过程连接到大脑。他们用眼睛对光做出反应，以帮助他们导航环境。
蠕虫是研究再生的流行模型，它可以在其身体的几乎任何部位再生。眼睛是研究的有趣部分，因为再生视觉系统需要蠕虫重新连接其神经元以将它们连接到大脑。
当神经系统在胚胎中发育时，第一条神经纤维(称为先锋轴突)蜿蜒穿过组织，形成感知和解释外部刺激所需的电路。轴突在称为“路标细胞”的特殊细胞的帮助下得以发展。这些特殊的单元格位于选择点-轴突的路径可以沿不同方向分叉的位置。
在许多生物中，一旦发育完成，这些路标细胞就不再是重中之重，并且通常不会在成年后更新。这就是为什么当人类遭受大脑或神经损伤时，伤害通常是永久性的原因之一。
该论文的资深作者，也是麻省理工学院生物学教授，霍华德·休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)的研究人员的雷迪恩说：“这是我们甚至从未想过的再生的基本谜团。”“当神经系统的原始发育通常涉及许多被认为是短暂的提示时，成年动物如何再生功能性神经系统?”
然后，在2018年，Reddien实验室的科学家Lucila Scimone在成年的平面虫中发现了一些令人惊讶的东西：看起来像它们可能在引导轴突生长中起作用的一群神秘细胞。她注意到了这组细胞，因为它们共同表达了两个不经常见到的基因，其中一些明显靠近眼睛。
她说：“我被这些细胞所吸引。”在她检查过的每只涡虫中，它们的数量很少(普通蠕虫可能约有5种;大型蠕虫可能有多达10种)。他们被分为两个不同的组：一些在扁虫的眼睛周围，另一些沿着通往大脑中心的路径隔开。当她追踪从涡虫眼到大脑的现有轴突的路径时，它们毫无例外地与这些细胞的位置重合。
当研究人员对细胞进行表征时，他们发现它们不表达任何作为感光神经元标志的基因。相反，他们经常在肌肉组织中发现标记。Scimone说：“这非常令人惊讶，因为肌肉细胞不是大多数动物的肌肉细胞。”
在其他生物中，路标细胞通常是神经元或神经胶质细胞。肌肉细胞充当指导者是不寻常的。但是Reddien实验室过去的工作表明，平面肌细胞还扮演着其他特殊角色，例如分泌细胞外基质。现在，研究人员想知道他们是否可以将路标的作用添加到一长串的平面肌细胞功能中。
为了检验他们的假设，研究人员设计了一系列实验。Reddien Lab的博士后Kutay Deniz Atabay说：“我们开发了一种眼移植方法，可以从一只动物的眼睛将其移植到另一只动物中。”“当你这样做的时候，从那只眼睛来的轴突投影基本上可以正确地将自己连接到大脑中，从而产生一种功能状态。”
研究人员还创建了具有肌肉细胞但没有眼睛的经过基因工程改造的涡虫，然后将眼睛移植到他们的无眼头上。果然，神经元正常生长，向细胞弯曲，然后在遇到它们后调整它们的轨迹。
没有细胞，情况就不同了。当研究人员将眼睛移植到刨刀的远处而没有这些肌肉细胞时，感光神经元就不会连接到大脑中枢。同样，当他们将眼睛移植到经过修饰而没有这些肌肉细胞的涡虫中时，它们的感光神经元仍在生长-但它们无法正确布线以到达大脑。
这些发现共同表明，这些细胞完全独立于视觉系统-它们不是由于眼睛或感光神经元而形成的，而是可能在神经元生长之前就已经建立了自己的细胞-这为路标作用提供了更多证据。
然后，这些细胞的类似路标的活动引发了一个问题：细胞本身如何知道应该在哪里?Reddien说：“我们发现肌肉中存在一种信号分子分子的模式，决定了这些细胞的位置。”“如果我们扰乱系统的全局位置信息，这些细胞将被放置在错误的位置，然后轴突将被放置在错误的位置，因此我们认为存在一个位置信息框架，可以在再生期间放置细胞，并允许它们在正确的位置作为路标。”
在这一点上，研究人员还不完全知道这些细胞如何与不断增长的轴突进行交流，以作为指导。他们可能正在释放某种吸引轴突的信号分子，或者可能通过使用跨膜蛋白进行交流。
雷迪恩说：“这将是未来的一个令人兴奋的方向。”“我们现在已经鉴定出了细胞的转录组，这意味着我们知道了这些细胞表达的所有基因。这为我们提供了一个有趣的基因列表，可以对其进行功能性探测，以查看哪些基因在介导这些基因的功能。细胞。”
这项研究是旨在扩大再生医学功能的一项工作中的一项进步。Atabay说：“想象一下有人遭受脊髓损伤，眼睛受伤或中风导致神经回路丧失的情况。”“我们今天不能完全治愈这些病例的原因是，我们缺乏有关这些系统如何再生的基本信息。研究再生生物提供了很多见识。从这种情况下，我们看到再生丢失的系统可能还不够;您可能还需要重新生成正确地对该系统进行模式化的系统。”
