3D-modell av fiskehypofyse gir nye svar om hormonsystemet

Hypofysen er en kjertel rett under hjernen, som fungerer som et kommandosenter for hele kroppen. Hjernen sender informasjon til hypofysen, og den responderer ved å produsere og sende ut hormoner til de forskjellige organene. Sammen med hjernen regulerer den flere viktige fysiologiske responser i kroppen, slik som stress, reproduksjon og vekst.

Hjernen og hypofysen danner det nevroendokrine systemet, og det er nokså likt for alle virveldyr. Forskere som studerer både fisk, fugler og mennesker undersøker hypofysen blant annet for å prøve å forklare hvorfor og hvordan endringer i hormonproduksjon skjer.

Viser organiseringen av cellene
Nå har forskere ved NMBU Veterinærhøgskolen utviklet 3D-modeller som gir en helt unik mulighet til å studere hypofysen til fisk. Den gir nye svar på hvordan hypofysen er bygget opp, og åpner dessuten opp for en rekke nye spørsmål både for dem som forsker på fisk og dem som studerer mennesket eller andre pattedyr.

– Forskere har lenge måttet konsentrere forskningen sin rundt endringer i celleaktiviteten i hypofysen. Med denne modellen kan vi studere mer strukturelle endringer, for eksempel endringer i celletall for de ulike celletypene, sier forsker og Romain Fontaine ved Faggruppe for fysiologi.

Sammen med stipendiat Muhammad Rahmad Royan har han utviklet flere 3D-atlas, eller kart, av hypofysen til den japanske fisken medaka. 

– Medaka er en mye brukt modellfisk i forskning innen både akvakultur og biomedisin fordi den deler mange karakteristikker med andre fisker og pattedyr, forklarer Royan.

– Vi har laget flere 3D-atlas av medaka-hypofysen, på forskjellige stadier og hos både hun- og hannfisk. Disse atlasene viste oss plasseringen og organiseringen av de viktigste celletypene som regulerer fysiologiske funksjoner, og blodårene i hypofysen, sier Fontaine.

En medaka-hypofyse fra en hann-fisk, som viser blodårene og alle de syv endokrine celletypene.

Foto
NMBU

Begynnelsen på en ny æra
Hypofysen består av syv forskjellige cellefamilier, og hver av disse familiene har ulike funksjoner.

– Det er ikke alle cellefamiliene vi nøyaktig vet hva gjør, men én regulerer for eksempel reproduksjon, og en annen regulerer stress. Hvis du for eksempel er interessert i reproduksjon, kan du nå gå inn atlaset vårt og se hvor disse cellene er plassert og hvor de befinner seg sammenlignet med andre celler med andre funksjoner, forklarer han.

Fontaine forklarer at det har vært laget atlaser av hypofysen før. Det har blitt laget noen for pattedyr, som har vist hele vevsmengden, men ikke de ulike celletypene. For fiskehypofysen har det vært laget noen 2D som bare en serie med bilder av de ulike seksjonene av kjertelen.

– Så for å se gjennom hele vevet må man da bla seg gjennom alle seksjonene. I våre atlas er alt satt sammen i ett system, slik at du kan snu det og se fra ulike vinkler og zoome inn og ut. Det er mye mer detaljert og gir mer informasjon enn det som er gjort tidligere, i tillegg til at det er mye lettere å lese. Dette er begynnelsen på en ny æra med forskning på hypofyseplastikk hos fisk.

Forsker Romain Fontaine

Foto
Kristine Welde Tranås/NMBU

Samspill mellom cellefamilier
3D-atlasene er nå publisert NMBUs nettsider, slik at alle som er interessert, kan gå inn og studere dem. Man kan velge hvilke og hvor mange cellefamilier som skal vises samtidig.

– Vi er glade for å kunne gjøre dette tilgjengelig for det vitenskapelige samfunnet, sier Fontaine.

Han tror det nye verktøyet vil føre til at forskere vil stille flere spørsmål om samspillet mellom de ulike cellefamiliene.

– Vi vet at ulike hormonelle systemer er relatert til hverandre. Hvis du for eksempel over tid er stresset, kan det påvirke evnen til reproduksjon. Kan det være at kommunikasjonen mellom cellefamiliene er mer effektiv og fører til større påvirkning hvis de er plassert nært hverandre? spør Fontaine.

– Siden vi vet at hormonsystemet fungerer nokså likt hos de fleste virveldyr, så kan det være interessant også for forskere som studerer andre dyr og mennesker også, å ta en titt på dette, sier Royan.

Stipendiat Muhammad Rahmad Royan

Foto
Kristine Welde Tranås/NMBU

Avslørte store forskjeller mellom kjønnene
3D-atlasene avslørte også flere åpenbare kjønnsforskjeller og forskjeller mellom fiskens ulike stadier.

– Det var vanskelig, for ikke å si umulig, å oppdage forskjeller i cellenummer uten 3D-atlasene, sier Royan.

For eksempel oppdaget de noe overraskende da de så på cellene som regulerer skjoldbruskkjertelen, som igjen regulerer blant annet stoffskiftet.

– Her er det en stor forskjell på hunnfisk og hannfisk. Hvis du ser på hannfisken, ser du at det er et relativt lite antall celler, og de er i hovedsak konsentrert i midten av hypofysen. Men hos hunnfisken er det mange flere celler, og de sprer seg utover, peker og forklarer Fontaine.

– Hva kan det bety?

– Det vet vi ikke. Kanskje betyr det at hannfisken har lavt stoffskifte? Eller kanskje det betyr at hans system er mer effektivt enn hunnfiskens? Gjennom dette verktøyet kan vi se forskjellene, men vi kan ikke svare på hvorfor det er forskjeller, sier Royan.

– Atlasene gjør at vi ser ting vi ikke har sett før, slik at vi må begynne å stille nye spørsmål. Så nå ligger alt til rette for å begynne å studere hvorfor disse forskjellene er der, hva som er de ulike cellenes roller og hvorfor det er forskjeller mellom stadier og kjønn, tilføyer Fontaine.

Til venstre ser vi hypofysen til en hann-fisk, og til høyre en hunn-fisk. De turkise områdene viser de endokrine cellene tyrotrofer, som regulerer skjoldbruskkjertelen.

Foto
NMBU

Kombinasjon av flere teknikker
For å lage atlasene har de brukt en metode som kalles in situ hybridisering, som påviser og viser lokaliseringen av mRNA i cellene. mRNA spiller en sentral rolle i å gjøre genetisk informasjon om til kroppens proteiner. mRNA er byggeplanen for ethvert protein, som er de virkelige aktørene i cellene.

– Hele vevet består av tonnevis med celler som har forskjellige sett med mRNA, og vi kan identifisere hvilke funksjoner cellene har, ut ifra det mRNA-settet de produserer, forklarer Fontaine.

En avansert form for in situ hybridisering, med flerfarget fluorescens, gjør at forskjellige mRNA vises i forskjellige farger i mikroskopet, slik at forskerne har kunnet se flere typer mRNA samtidig. Ved hjelp av et konfokalt mikroskop har de dessuten kunnet undersøke hele vevet på en gang.

– Før måtte man ta for seg vevet del for del. Vi legger hele vevet under mikroskopet, og så tar det en serie med bilder gjennom hele vevet. Så har vi en programvare som setter sammen alle disse bildene slik at vi får et 3D-kart, forteller Royan.

– Ingen av disse teknikkene er nye i seg selv, men kombinasjonen av dem er ny, og har vært avgjørende for at vi kunne lage disse atlasene, sier Fontaine.

Også interessant for humanmedisin
Selv om atlasene primært vil være nyttige for andre som studerer fisk, ser Fontaine og Royan nytteverdien også for andre forskere.

– Vi har allerede fått en del oppmerksomhet i det vitenskapelige miljøet. Det er kanskje flere enn vi hadde forventet som er interesserte. En del jobber med fisk, mens forskere som jobber med hormonsystemet hos pattedyr, kanskje er mer interessert i hvordan vi har laget modellen. Man kan bruke den samme teknikken og lage lignende kart for pattedyr, sier Fontaine.

– Husk at disse cellene spiller en veldig viktig rolle for hele måten kroppen fungerer på. Har du problemer med en av celletypene i hypofysen, har du store problemer. Derfor kan det også være interessant for noen som jobber med humanmedisin å se hvordan vi har kartlagt denne cellestrukturen, mener han.

Published 17. september 2021 - 11:58 - Updated 6. oktober 2021 - 12:02