КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 21-74-00055
НазваниеЗакономерности восстановления и роль нервной системы в регенерации аннелид
РуководительКозин Виталий Владиславович, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2021 - 06.2023 |
Конкурс№60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-106 - Биология развития
Ключевые слованейрогенез, нервная система, иннервация, факторы роста, сигналинг, регуляция, гомеостаз, регенерация, экспериментальная эмбриология, морфогенез, паттернирование, беспозвоночные, Spiralia, Annelida
Код ГРНТИ34.03.37
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Интегрирующая роль нервной системы (НС) в физиологических и поведенческих реакциях хорошо изучена, однако в контексте развивающегося организма ее влияние на морфогенез и дифференцировку не менее важны, но все еще слабо изучены, особенно у беспозвоночных. Взаимная обусловленность формирования нервной системы и эффекторных органов дает ключ к пониманию сложнейших усовершенствований всего тела, органов и тканей в ходе эволюционных изменений. Интереснейшей организменной моделью с феноменальными способностями нервной системы контролировать позиционную информацию, тканевой гомеостаз, репродукцию и регенерацию являются аннелиды. Экспериментами по денервации, трансплантации, перерезке и отведению брюшной нервной цепочки (БНЦ) было обосновано мнение о необходимости и достаточности поврежденного конца БНЦ для индукции развития регенерационной почки. В настоящее время нервной системе аннелид придают не только трофическую и организующую функцию, но и важнейшее значение в создании осевого паттерна, контролирующей специфику морфогенеза. Несмотря на яркие экспериментальные доказательства необходимости НС для регенерации аннелид, конкретные механизмы ее влияния остаются загадкой. Прежде всего, по аналогии с позвоночными, нервы могут быть локальным источником сигнальных молекул, идентификация которых является актуальнейшей задачей. Вторым возможным путем регуляции со стороны НС является вспомогательная роль для других клеточных типов регенерационного ответа. Временно ассоциированными с НС миграторными элементами являются фагоциты, необласты и клетки половой линии. Каковы тонкие взаимодействия между НС и предшественниками регенерата еще предстоит выяснить. В-третьих, для аннелид описана яркая и во многом уникальная роль системной регуляции регенерации и полового созревания посредством нейроэндокринной секреции. У многих аннелид после удаления головного мозга (источника гормона) активируется созревание гамет, а регенерация сегментов становится невозможной.
Для расшифровки описанных феноменов нами и предложен данный проект. С учетом современного уровня научных технологий реализация проекта, безусловно, откроет новые грани регенеративной биологии. В рамках проекта планируется рассмотреть модель нормальной посттравматической регенерации и экспериментального гетероморфоза после элиминации нервных элементов у представителей Annelida. Решения задачи простирается от молекулярных и субклеточных масштабов до организменных. В качестве отправной точки будет проведен сравнительный описательный анализ динамики восстановления нервов, их медиаторной тропности и транскриптомного профиля. На экспериментальном материале (после денервации и декапитации) будут прослежены соответствующие девиации восстановительного процесса.
Ожидаемые результаты
В результате проекта будут получены новые фундаментальные научные данные о выдающейся роли нервной системы в регенерации аннелид. Мы планируем детально описать морфо-функциональные закономерности восстановления нервных элементов, а также их участие в управлении окружающими тканями. Такие результаты имеют принципиальное значение для понимания функционирования и устойчивости живых систем, поскольку открывают новые грани регуляторных механизмов. Насколько изменчивы и с чем скорреллированы конкретные механизмы регенерации будет выяснено для выбранных нами моделей, что позволит существенно повысить разрешающую способность сравнительного анализа явлений поддержания целостности. Эволюция регенеративных способностей и ее объяснение - одна из актуальнейших проблем мировой науки. Ожидаемые результаты проекта носят комплексный и функциональный характер, что соответствует мировым стандартам.
Поскольку мы планируем выявить и системные и молекулярные факторы регенеративного ответа, будут созданы предпосылки для трансляции знаний, полученных на широком спектре объектов, в практику медицинских разработок. Вовлечение наших экспериментальных разработок в образовательный процесс будет осуществлено при реализации практических и теоретических университетских курсов. Результаты проекта будут включены в дипломные работы исполнителей.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Нервная система – известный регулятор регенерации у многих животных (позвоночных и беспозвоночных), выполняющий ключевую роль в инициации всего комплекса процессов. В ходе отработки методических подходов был разработан примерный протокол экспериментальных воздействий по денервации и декапитации. Наиболее успешно удалось провести эксперименты по декапитации объектов, направленные на удаление головной части нервной системы, чтобы оценить её влияние на ход задней регенерации. Мы установили, что при декапитации восстановление утраченных сегментов сильно замедляется, а сама регенерационная почка сильно изменяется в размерах, хотя морфологические признаки, такие как параподии с хетами, пигидий и цирры у объектов всё же присутствуют. При наибольшем временном промежутке между операциями (7 дней) мы наблюдали самые сильные изменения морфологии, при которых были сформированы только сильно деформированный пигидий и цирры, а признаки сегментации не были обнаружены вовсе. На тканевом уровне также были отмечены существенные отклонения: нервная система в регенератах оказывается иначе дифференцированной, чем в контрольных образцах, а некоторые ее элементы и вовсе отсутствуют.
Полученные данные позволяют нам предположить важную роль передней части нервной системы в регенерации аннелид. Регуляция репаративных процессов со стороны нервной системы может быть связана не только с их инициацией, но и с дальнейшими этапами всего процесса, в том числе управляя сегментацией регенеративной почки, дифференцировкой её сегментированных частей и скоростью процесса в целом.
Публикации
1. Кайров А. И., Костюченко Р. П., Козин В. В. Определение вовлеченности Wnt-сигналинга в процессы формирования ларвальных и постларвальных сегментов у Alitta virens Беломорская студенческая научная сессия СПбГУ – 2022. Тезисы докладов., С. 54 (год публикации - 2022)
2. Шалаева А.Ю., Денисова С.А., Козин В.В. Towards deciphering signaling interactions, cellular populations, and ultrastructural changes at the early stages of Alitta virens regeneration Беломорская студенческая научная сессия СПбГУ – 2022. Тезисы докладов., C. 53 (год публикации - 2022)
3. Шалаева А.Ю., Козин В.В. Experimental model to test the influence of cerebral ganglion on the posterior regeneration of the annelid Alitta virens Developmental Biology New York (3rd Annual Free Undergraduate-Focused Developmental Biology Conference), P. 13 (год публикации - 2021)
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
На этапе 2022/2023 была дана детальная характеристика восстановления нервной системы A. virens как на уровне отростков, так и в объеме клеточной массы. Были прослежены этапы роста и дифференцировки серотонин-эргических элементов нервной системы. С помощью ТЭМ и исследования динамики клеточной пролиферации у A. virens описано восстановление клеточной массы БНЦ. Нейральные элементы регенерата развиваются из двух источников – из предсуществующих нервных элементов прилежащего к ране сегмента, а также из вентрального эпителия регенерационной почки. Влияние нервной системы на регенерацию сегментов было изучено в экспериментах по отведению брюшной нервной цепочки от места ампутации и после удаления головного ганглия в составе простомиума. Эти воздействия оказывали влияние на рост и развитие регенерата. В обоих случаях мы отмечали компенсаторную иннервацию со стороны периферической нервной системы, но её н достаточно для полного и нормального восстановления утраченной части тела животного. По-видимому, кроме наличия иннервации регенерата, ключевое значение имеет правильная организация проводящих пучков нейропиля БНЦ, врастающих на вентральной стороне тела. По результатам сборки и анализа транскриптома и с помощью ингибиторного анализа были выявлены специфичные для поврежденной нервной системы гены-кандидаты, вовлеченные в ранние процессы регенерации A. virens.
Публикации
1. Кайров А.И., Козин В.В. ЭКСПРЕССИЯ ГОМОЛОГА ENGRAILED У ЛИЧИНОК И ЮВЕНИЛЕЙ АННЕЛИДЫ ALITTA VIRENS РАСКРЫВАЕТ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СЕГМЕНТОВ ИЗ ЗОНЫ РОСТА Онтогенез, - (год публикации - 2023)
2. Шалаева А.Ю., Козин В.В. Cell proliferation indices in regenerating Alitta virens (Annelida, Errantia) Cells, Cells 2023, V. 12, P. 1354. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/cells12101354
3. Козин В.В. Аннелиды как объекты EvoDevo Юбилейная научная конференция «Николай Константинович Кольцов и биология XXI века», с. 52-53 (год публикации - 2022)
4. Козин В.В., Борисенко И.Е. Участие нервной системы в регуляции ранних этапов регенерации у полихеты Alitta virens Юбилейная научная конференция «Николай Константинович Кольцов и биология XXI века», с. 52 (год публикации - 2022)
5. Шалаева А.Ю., Беляева М.О., Тарасов М.С., Козин В.В. Экспериментальные исследования роли нервной системы при регенерации Alitta virens Беломорская студенческая научная сессия СПбГУ — 2023, С. 101 (год публикации - 2023)
6. Шалаева А.Ю., Козин В.В. Регенеративный ответ нервной системы после ампутации задних сегментов у ювенильных Alitta virens Цитология, том 64, № 7, с. 762. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.31857/S004137712207001X
7. Шалаева А.Ю., Козин В.В. Качественный и количественный анализ пролиферации в ходе регенерации у Alitta virens (Annelida, Errantia) Юбилейная научная конференция «Николай Константинович Кольцов и биология XXI века», с. 90-91 (год публикации - 2022)
Возможность практического использования результатов
не указано