Люди люблять звинувачувати «мозок рептилії». Вдарити когось, вступити в бійку, вдихнути сімейний мішок – мабуть, ящірка всередині вашого черепа вас підхопила.
Нейробіологи давно визнали це спрощенням структури мозку, яку ми успадкували від наших предків мільйони років тому. Але нове дослідження показує, що в людському мозку прихований зовсім інший вид стародавнього поділу.
Стенфордські дослідники виявили, що передній і середній мозок розвиваються з однієї лінії ембріональних клітин, тоді як задній мозок, який відповідає за вегетативні та моторні функції, розвивається з іншої. Дослідники вважають, що ці дві програми розвитку могли виникнути з окремих нейронних систем, які згодом переплелися в процесі еволюції.
Станфордська медицина пішла так далеко, що описала відкриття як доказ того, що мозок справді є «двома різними органами».
«Мозок — це орган», — сказав старший автор Кайл Лох, біолог розвитку Стенфордського університету. природа. «Але він складається з двох різних частин, які поєднуються і працюють разом».
Чому не вийшло?
Моделі людського мозку, створені десятиліттями, стверджували, що рання нервова тканина мала величезний потенціал для виникнення переднього, середнього та заднього мозку. Деякі методи стовбурових клітин неявно слідують тій самій логіці, розглядаючи ранні нервові клітини як загальну відправну точку, яку пізніше можна розмістити в різних регіонах.
2009 вражає Біотехнологія природи Дослідження показало, як блокування двох сигнальних шляхів може перетворити плюрипотентні стовбурові клітини людини на нервові. Іншими словами, дослідники знайшли надійний спосіб підштовхнути дуже різноманітні стовбурові клітини на шлях нервового розвитку. Звідти вчені навчилися маніпулювати цими клітинами у певних ролях. У 2011 році природа У дослідженні використовувалися сигнали розвитку для генерації проміжних нейронів дофаміну з плюрипотентних стовбурових клітин людини, що стало важливим кроком до моделювання та потенційного лікування хвороби Паркінсона.
Нове дослідження показує, що розвиток нервової системи людини відбувається раніше, ніж вважали багато дослідників. Це показує, що до моменту появи цих ранніх нервових клітин їх уже можна розділити на дві різні популяції: одна призначена для переднього та середнього мозку, а інша – для заднього мозку.
У мишачих ембріонів приблизно через 7,5 днів після зачаття команда виявила дві взаємовиключні групи нейронних ліній. Один був запалений Otx2ген, який допомагає створити лобову та середню частини мозку, що розвивається, і займає територію для переднього та середнього мозку. Другий почав працювати Gbx2ген, пов’язаний з розвитком заднього мозку та сприяв розвитку заднього мозку. Пошук генетичних ліній показав, що лінії Gbx2– Позначена популяція залишалася обмеженою заднім мозком.
Потім дослідники відтворили перші два стани за допомогою плюрипотентних стовбурових клітин людини. Коли вони піддавали ці клітини сигналам, які вказували їм стати «неправильною» областю, вони значною мірою чинили опір. Навіть їхній хроматин — молекулярний пакет, який контролює доступ до ДНК — відрізнявся за способами, які передбачали їхні майбутні особистості.
«Попередні спроби створити нейрони заднього мозку, можливо, намагалися ввести клітини-попередники мозку та середнього мозку в клітини заднього мозку, що, як показує наше дослідження, неможливе», — сказав Райан Джохай, біолог розвитку та дослідник зі Стенфордського університету, у заяві.
Не так давно
Поділ може сягати напрочуд далеко в еволюційний час.
Дослідники знайшли порівняльні передні та задні нейронні програми у макак, пташенят, рибок даніо і навіть акулячих черв’яків. Останні морські хребетні мали спільного предка з людьми приблизно 550-600 мільйонів років тому. Це говорить про те, що поділ розвитку вже склався в історії тварин з двостороннім планом тіла.
Медуза пропонує цікаву, але умовну підказку того, що було раніше. Їх родовід відійшов від нашого ще раніше, приблизно 600-700 мільйонів років тому, і багато видів медуз мають дві окремі нервові системи, розташовані в різних частинах тіла.
Команда Стенфордського університету припускає, що десь у лінії, що веде до хребетних, еволюція могла фізично зблизити дві існуючі раніше нервові системи, поки вони не стали тісно інтегрованим мозком, який ми знаємо сьогодні. Це робить ще ймовірнішим те, що це злиття відбулося після того, як лінія медузи розійшлася і до того, як предки розлучилися з абрикосовими хробаками.
«Наше дослідження показує, що еволюція взяла дві існуючі нервові системи та зіштовхнула їх просторово разом», — сказав Лох. «Мати мозок як єдиний орган, ймовірно, було б ефективніше, але ми покладаємося на цей початковий підхід, щоб розділити мозок на дві частини».
Недоторканні нейрони: заблоковано
Озброївшись цією дорожньою картою розвитку, дослідники змогли зробити те, що було невловимим протягом багатьох років: створити специфічні моторні нейрони в людському мозку з плюрипотентних стовбурових клітин.
Замість того, щоб намагатися відштовхнути попередні нейронні попередники, команда безпосередньо згенерувала задні попередники, використовуючи різні комбінації сигналів розвитку. Потім вони направили ці клітини до моторних нейронів, специфічних для ромбомерів 5 і 6, сегментів заднього мозку, які беруть участь у контролі м’язів обличчя та горла.
Отримані нейрони несли очікувані маркери заднього мозку і вели себе як нервові клітини. Вони показали спонтанну активність кальцію та викликали електричні імпульси при стимуляції.
Це може дати дослідникам новий спосіб вивчення бічного аміотрофічного склерозу та спінальної м’язової атрофії, захворювань, при яких пошкодження рухових нейронів зрештою порушує ковтання та дихання. Дослідники не можуть легко отримати живу тканину людського мозку, тому вирощування відповідних нейронів у чашці дозволяє ближче розглянути процеси захворювання. Наразі це модель дослідження, а не лікування.
Про це заявив нейробіолог з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско Алекс Поллен природа Дослідження надає переконливі докази наявності двох шляхів розвитку, але стверджує, що раніше важко виключити їх існування.
Зрештою, дослідження показує, що еволюція могла зібрати незвичайно інтегрований орган із програм розвитку, які почалися окремо. І ми навіть можемо побачити цю давню межу, коли мозок вперше набуває форми.
Дослідження було опубліковано в журналі Неврологія природи.
