3783
Поки одна частина вашого мозку читає ці рядки, інша непомітно стежить за серцебиттям і диханням. Нове дослідження на мишах зі Stanford University, про яке пише New Atlas, вказує: ці дві «половини» можуть походити з різних клітинних ліній і за своїм походженням нагадують окремі органи.
Команда виявила, що передній і середній мозок, які відповідають за мислення та сприйняття, і задній мозок, який підтримує базові життєві функції, зароджуються з двох різних типів ембріональних клітин. Це відкриття змінює уявлення про ранній розвиток нервової системи і відкриває нові можливості для роботи зі стовбуровими клітинами.
Як формується мозок на ранніх етапах
Приблизно через три тижні після зачаття людський ембріон складається з кількох десятків тисяч клітин, організованих у три шари. Один шар дає початок внутрішнім органам – кишківнику, легеням, печінці, підшлунковій. Інший формує м’язи, кістки, судини та статеву систему. Третій, ектодерма, перетворюється на шкіру та нервову систему.
Довгий час головним питанням було, чи вже на рівні ектодерми клітини «знають», що стануть переднім, середнім або заднім мозком, чи їхня доля визначається пізніше під впливом оточення. Ще у 1950-х роках голландський ембріолог Петер Нейвкуп (Peter Nieuwkoop) припускав, що всі попередники мозку в ектодермі спочатку однакові. Безперервна будова самого мозку теж підштовхувала до цієї думки.
Втім, низка досліджень на тваринах натякала, що різниця може закладатися раніше, але прямі докази були відсутні через складність відокремити «власну програму» клітини від впливу її положення в ембріоні.
Дві популяції клітин замість однієї
Щоб розв’язати цю задачу, команда під керівництвом біолога розвитку Кайла Ло (Kyle Loh) досліджувала мишачі ембріони на критичному етапі формування нервової системи. Використовуючи забарвлення клітин і секвенування РНК, вони відстежили активність генів у нейральній ектодермі семиденних ембріонів мишей.
Дослідники виявили дві взаємовиключні групи клітин, які позначили як Sox2+ Otx2+ (aNE) та Sox2+ Gbx2+ (pNE). За їх розташуванням у ембріоні ці популяції відповідають ділянкам, з яких за класичними «картами долі» виникають відповідно майбутні передній/середній мозок і задній мозок.
Це означає, що задній мозок має власну, окрему від переднього й середнього, лінію походження вже приблизно через три тижні після зачаття – тоді ж, коли від інших шарів починають відокремлюватися серце та інші великі органи.
Команда також помітила відмінності у впакуванні хромосомного матеріалу в цих типах клітин. Це додатково підтверджує, що йдеться не просто про різні зони одного поля, а про принципово різні програми розвитку для майбутніх ділянок мозку.
Що це означає для стовбурових клітин
Нові дані пояснюють, чому попередні спроби отримати нейрони заднього мозку зі стовбурових клітин так часто провалювалися. Використані клітини вже були «запрограмовані» на долю переднього чи середнього мозку, і змінити цей маршрут виявлялося майже неможливо.
За словами співавтора дослідження Рейяна Джохаї (Rayyan Jokhai), у стовбурових клітинах зазвичай намагаються відразу створити кінцевий тип клітини, наприклад нейрон. Проте нова робота показує, що потрібно починати з найраніших стадій ембріонального розвитку та чітко враховувати первинний поділ на дві лінії.
Озброївшись цим розумінням, дослідникам вдалося спрямувати ембріональну стовбурову клітину по шляху розвитку в мотонейрон, типовий для заднього мозку. Це відкриває перспективу створювати в лабораторії моделі тканин заднього мозку для вивчення, а в майбутньому — можливо, й лікування захворювань мотонейронів, таких як бічний аміотрофічний склероз.
Еволюційний слід двох «мозків»
Ранні відмінності в розвитку мозку можуть відображати дуже давню еволюційну історію. Аналізуючи наявні дані щодо ембріонів інших хребетних – макак і даніо-реріо – а також деяких безхребетних, наприклад жолудевих червів, науковці побачили такі ж роздільні популяції клітин, подібні до aNE та pNE.
Це свідчить, що у тварин, ймовірно, вже сотні мільйонів років існують дві окремі нервові системи, які згодом зблизилися і в сучасних видів працюють майже як єдиний орган. Саме тому, як зазначає Джохаї, вражає, що слово «мозок» створює враження одного цілісного утворення, тоді як насправді воно приховує складну мозаїку з різним клітинним походженням.
Дослідження опубліковане в журналі Nature Neuroscience і може стати основою для точнішого моделювання захворювань мозку та кращого розуміння того, як наша нервова система формувалася як в ембріоні, так і в ході еволюції.
Мозок формують дві різні системи клітин, а не єдиний орган з’явилася спочатку на Цікавості.
