Hücre tipine özgü görüntüleme ile ortaya çıkan yenilenen Hydra’da nöral aktivite ile nöronal hücre kaderi arasındaki ilişki
Bir yaralanmanın ardından nöronların nöral devreleri nasıl yenilediğini anlamak, nörobilimde temel bir sorudur. Hydra, bu süreci incelemek için güçlü bir modeldir çünkü önemli ve tekrarlanabilir rejeneratif yeteneklere, zaman içinde görüntülemeye izin veren basit ve şeffaf bir gövdeye ve transgenlerin hücre tipine özgü ifadesine sahip hayvanlar oluşturmak için yerleşik yöntemlere sahiptir. Ek olarak, Hydra gibi cnidarians, 500 milyon yıldan uzun bir süre önce bilaterlerden (sinirbilimde kullanılan model organizmaların çoğunu kapsayan grup) ayrıldı, bu nedenle diğer modellerle benzerlikler muhtemelen derinden korunmuş biyolojik süreçleri gösterir. Hydra uzun süredir devam eden bir yenilenme modelidir ve nörobilim için gelişmekte olan bir modeldir; bununla birlikte, önemli bir yaralanmanın ardından nöral aktivitenin ve davranışın restorasyonu hakkında nispeten az şey bilinmektedir. Bu çalışmada, yenilenen nöronların bir terminal hücre kaderine ulaşıp sonra fonksiyonel sinir devrelerini mi yeniden biçimlendirdiğini veya nöral devrelerin önce yenilenip sonra oluşturucu hücreleri terminal kaderlerine doğru yönlendirip yönlendirmediğini soruyoruz. Bu soruyu ele almak için, ec5 pedinkül nöronlarında hücre tipine özgü bir kırmızı flüoresan proteini (tdTomato) ve tüm nöronlarda bir kalsiyum göstergesini (GCaMP7’ler) ifade eden çift ifadeli bir transgenik Hidra çizgisi geliştirdik. Bu transgenik çizgi, tdTomato’nun ifadesiyle belirlendiği üzere, terminal olarak farklılaşmış ec5 nöronlarının yeniden ortaya çıkışını eşzamanlı olarak izlerken, nöral aktiviteyi izlememize izin verdi. SCAPE (Swept Confocally Aligned Planar Excitation) mikroskobu kullanarak, Hydra aboral ucunun rejenerasyonu sırasında hem kalsiyum aktivitesini hem de tdTomato’nun 3D ifadesini tek hücreli çözünürlükle izledik. ec5 nöronlarında tdTomato ifadesini, nöral aktivitenin yenilenmiş bir nöral devre ile ilişkili senkronize paternleri göstermeye başlamasından yaklaşık dört saat önce gözlemledik. Bu veriler, yenilenen nöronların, sinir sistemindeki işlevsel rollerini yeniden oluşturmadan önce terminal farklılaşmasına uğradığını göstermektedir. Rejenerasyon sırasında nöral aktivitenin ve gen ekspresyonunun dinamik görüntülemesinin kombinasyonu, Hydra’yı, yaralanmayı takiben nöro-rejenerasyonda yer alan temel moleküler ve fonksiyonel süreçleri anlamak için güçlü bir model sistem haline getirir.
