Етапи розвитку клітинної географії мозку, виявлені новими дослідженнями

 Два нові дослідження розвитку людського мозку допомагають дослідникам узгодити тривалу дискусію про те, як формується мозок. Дослідження опубліковане 6 жовтня в спеціальному випуску журналу Nature, що висвітлює дослідження, які сприяють перепису клітин, або «списку частин» мозку.

Документи Університету Сан-Франциско проливають світло на те, як кора головного мозку, що розвивається-зовнішній шар мозку, пов’язана з обробкою на високому рівні-розвиває свою характерну карту, яка є загальною для всіх людей і має вирішальне значення для нашого функціонування.

Робота також підтверджує новий підхід до передбачення того, якими клітинами можуть стати ранні нейрони людини, і надає широкий набір даних для дослідників, які працюють над з’ясуванням зв’язків між розвитком мозку та психіатричними та неврологічними захворюваннями.

"Розуміння того, як розвивається людський мозок - як клітини дозрівають і з'єднуються в різних регіонах - залишається величезною проблемою", - говорить Арнольд Крігштейн , доктор медичних наук, професор нейрології та член Інституту нейрологічних наук UCSF і колишній директор Eli та Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research . "Сьогодні існують глобальні спроби використати нові технології для розуміння розвитку мозку на молекулярному та клітинному рівні так, як це було неможливо раніше".

Особливий вид карти

Складний рельєф мозку відрізняє його від інших органів тіла. У нирках або печінці видалення шматка, ймовірно, матиме подібні наслідки, будь то зверху або знизу органу. Але в мозку пошкодження можуть мати надзвичайно різні наслідки залежно від локалізації. Пошкодження мозку в задній частині черепа, ймовірно, вплине на зір, наприклад, тоді як пошкодження збоку може спричинити проблеми з переміщенням або відчуттям дотику. Хоча нейрологи добре знають цю карту та її важливість, вони довгий час обговорювали, як вона з’являється.

Протягом багатьох років дослідники задавалися питанням, чи може рання тканина мозку містити заздалегідь встановлену карту, яка просто переноситься в кору в міру її розвитку-ідея, названа гіпотезою протокарти. Інші підтримували конкуруючу гіпотезу протокори, яка передбачає, що всі ранні нейрони мають потенціал стати будь -якою частиною мозку, і що саме їх постійні взаємодії один з одним допомагають кожному нейрону з'ясувати своє кінцеве призначення на зростаючій карті мозку.

Сьогодні існують глобальні спроби використати нові технології для розуміння розвитку мозку на молекулярному та клітинному рівні так, як це було неможливо раніше.

АРНОЛЬД КРІГШТАЙН, ДОКТОР МЕДИЧНИХ НАУК, ПРОФЕСОР НЕЙРОЛОГІЇ UCSF

"Наші нові висновки говорять, що це трохи обох", - сказав Крігштейн.

Застосовуючи найсучаснішу методологію, Крігштайн та його команда проаналізували генетичні профілі експресії сотень тисяч клітин мозку, що розвиваються. Вони виявили, що клітини в префронтальній корі, ділянці в передній частині мозку, пов’язаній з пізнанням, і V1, області заднього мозку, важливому для зору, експресують гени, пов’язані з їх відповідними областями на дуже ранній стадії. Однак клітини, що розвиваються між двома полюсами мозку, зайняли набагато більше часу, щоб почати демонструвати шаблони експресії генів, які призначали їх у певних місцях.

"Ми бачимо, що на початку існують лише дві основні ділянки кори головного мозку, які чітко відрізняються - передня і задня", - каже Крігштейн. "Але згодом області між ними починають поділятися, можливо, оскільки постійні взаємодії впливають на клітинні ідентичності в цих областях".

Іншими словами, розгортання кори головного мозку, здається, розпочинається заздалегідь визначеною протокартою, яка встановлює полюси мозку, але швидко переходить на модель протокорки, оскільки клітини посередині допомагають направляти особистість один одного.

Передбачення ідентичності раніше

У паралельному дослідженні дослідники UCSF зробили додатковий крок до більш детального розуміння розвитку мозку, встановивши новий метод прогнозування подальшої долі ранніх нейронних клітин. Замість того, щоб ідентифікувати окремі клітини, дивлячись на експресію генів у вигляді транскриптів мРНК-молекулярних робочих порядків, які повідомляють клітинному механізму, які білки будувати,-дослідники подумали, чи можна визначити ідентичність клітин, подивившись на структуру самого генетичного матеріалу. Повернувшись до хроматину - безладу ланцюгів ДНК та білків, унікально упакованих у кожній клітині, вони виявили, що долю клітинної лінії можна передбачити ще до того етапу, коли її можна назвати нейроном.

Можливо, це тому, що мРНК є короткоживучою всередині клітини, кажуть дослідники, оскільки вона функціонує просто доставляючи інструкції від однієї частини клітини до іншої. Але структура, створена тим, як ДНК намотується навколо різних білків - «хроматиновий стан» клітини - є більш стабільною і безпосередньо визначає, які інструкції розсилаються. Шматочки ДНК, щільно обгорнені білками, мають гени, приховані - закриті для бізнесу, так би мовити - тоді як гени, що вириваються з білків, відкриті. Таким чином, має сенс, що дослідження стану хроматину може багато розповісти дослідникам про те, що відбувається всередині клітини.

Ресурс для всіх

Однак робота Крігштейна та його колег виходить далеко за межі питань, поставлених у їх поточних дослідженнях. При картографуванні експресії генів та станів хроматину в мозку, що розвивається, команда створила унікальну базу даних - у вільному доступі тут - де вчені можуть ретельно вивчити поведінку генів, які, як вони вже знають, пов’язані з хворобою. Вченим відомо, що умови від хвороби Паркінсона до шизофренії до порушень нейророзвитку, здається, включають дуже специфічні типи клітин або дуже специфічні часові моменти протягом життя мозку. Але вчені мало знають про те, як і коли нервові клітини стикаються з проблемами, і чи можна щось зробити для їх захисту.

"Розташування та ідентичність клітин багато в чому залежить від того, чи є вони вразливими до конкретних захворювань", - каже Крігштайн. «Наш набір даних дуже багатий на експресію генів, які інші люди вже визначили як пов’язані з цілим рядом захворювань. Це може дати нам уявлення про те, де і коли деякі з цих хвороб починають з’являтися ”.

Співавторами дослідження є Aparna Bhaduri, Carmen Sandoval-Espinosa, Ugomma C. Eze та Tomasz J. Nowakowski з UCSF.

Дослідження підтримується преміями NIH U01MH114825, F31NS118934, F32NS103266 та K99NS111731

Каліфорнійський університет, Сан-Франциско (UCSF) орієнтований виключно на медичні науки і присвячений зміцненню здоров'я у всьому світі шляхом передових біомедичних досліджень, освіти вищого рівня з наук про життя та медичних професій та досконалості у догляді за пацієнтами. UCSF Health , який є основним академічним медичним центром UCSF, включає спеціалізовані лікарні та інші клінічні програми з найвищим рейтингом та має філії по всій території затоки.

#біологія #наука #биология #biology

Джерело

Наша сторінка Facebook