Вчені розкрили таємницю формування мозку - відкриття може змінити дослідження нейронів
Людський мозок традиційно сприймають як єдиний орган, однак нове дослідження показало, що його різні частини можуть мати різне походження. Науковці встановили, що передня та задня частини нервової системи формуються з двох окремих популяцій клітин-попередників, передають Патріоти України.
Результати роботи опубліковано в журналі Nature Neuroscience. Дослідники зі Стенфордського університету простежили розвиток мозку в ембріонів мишей і виявили дві групи клітин — передню та задню нервові ектодерми, які позначили як aNE та pNE.
Ці клітини виникають уже на дуже ранніх етапах розвитку ембріона. При цьому кожна група має власну молекулярну програму, яка визначає подальший напрямок її розвитку.
Зокрема, у клітинах задньої нервової ектодерми активним є ген Gbx2, тоді як передня нервова ектодерма використовує Otx2.
Саме ці відмінності спрямовують клітини до формування різних ділянок мозку. Передня нервова ектодерма дає початок передньому та середньому мозку, а задня — задньому мозку.
Чому це важливо для вирощування нейронів
Відкриття може пояснити, чому вченим раніше було складно отримувати в лабораторії певні типи нейронів.
Коли дослідники намагалися змусити клітини одного типу перейти на іншу траєкторію розвитку, експерименти часто не давали бажаного результату. Тепер науковці припускають, що проблема могла бути пов'язана не лише з набором молекулярних сигналів, а й із самим походженням клітин.
Якщо клітина вже на ранньому етапі розвитку запрограмована на формування певної частини мозку, змінити цю траєкторію може бути надзвичайно складно.
Дослідники також виявили відмінності у структурі хроматину — комплексу, який забезпечує упаковку ДНК усередині клітини. Це додатково свідчить про існування різних програм розвитку у двох популяцій.
Вчені вже змогли отримати частину нейронів
Розуміння походження клітин дозволило науковцям використати плюрипотентні стовбурові клітини для отримання деяких нейронів заднього мозку.
Зокрема, їм вдалося створити клітини, які виробляють білки, пов'язані з роботою м'язів, що беруть участь у ковтанні та рухах обличчя. Однак відтворити всі типи клітин заднього мозку поки не вдалося.
Науковці також не виключають, що мозочок може мати окреме клітинне походження. Для остаточного розуміння процесу необхідні подальші дослідження.
Поділ мозку може мати дуже давнє походження
Виявлена закономірність, за даними дослідників, не обмежується лише мишами. Під час вивчення розвитку нервової системи більш віддалених еволюційних родичів науковці побачили схожу схему.
Це може свідчити про те, що поділ нервової системи на різні клітинні лінії виник дуже давно — потенційно сотні мільйонів років тому.
Дослідники звернули увагу і на медуз, нервова система яких складається з двох різних клітинних систем. У них ці системи не об'єднуються в один компактний орган, як у людини, а розташовані в різних частинах тіла.
Тому вчені припускають, що сучасний мозок міг сформуватися внаслідок еволюційного об'єднання двох давніх нервових систем, які спочатку існували окремо.
Відкриття може допомогти вивчати хвороби
Задній мозок бере участь у контролі важливих функцій, зокрема рухів, ковтання та дихання. Порушення роботи відповідних нейронів пов'язані з низкою тяжких неврологічних захворювань.
Можливість вирощувати нейрони заднього мозку поза організмом може дати дослідникам нову модель для вивчення їхнього розвитку та пошкодження.
Такі клітинні моделі потенційно можуть допомогти краще зрозуміти механізми деяких нейродегенеративних захворювань і в майбутньому досліджувати способи відновлення пошкоджених нервових клітин.
Водночас автори роботи наголошують на важливості найраніших етапів ембріонального розвитку: саме тоді відбувається фундаментальний поділ клітинних ліній, який згодом визначає, які структури мозку вони сформують.