Jeden mózg, dwie drogi. Odkrycie podważa dotychczasowy model rozwoju mózgu
Mózg od zawsze postrzegany był jako jeden organ. Jednak badania zespołu z Uniwersytetu Stanforda, którym kierowali Rayyan T. Jokhai, Christopher J. Lowe i Kyle M. Loh wskazują, że powinniśmy raczej mówić o dwóch częściach pochodzących od innych populacji komórek, które przez setki milionów lat rozwijały się równolegle. Odkrycie wywraca do góry nogami obowiązujący od dziesięcioleci model rozwoju mózgu, który zakłada istnienie jednej populacji komórek prekursorowych, dającej początek wszystkim jego regionom. Nowe badania wskazują, że przodomózgowie i śródmózgowie powstają z innej populacji komórek niż tyłomózgowie.
Naukowcy ze Stanforda przyjrzeli się gastrulacji, etapowi rozwoju zarodka, podczas którego powstają listki zarodkowe, dające początek różnym tkankom. U zarodków myszy zidentyfikowali dwie populacje ektodermy nerwowej. Dla jednej z nich charakterystyczna była aktywność genu Otx2, dla drugiej – genu Gbx2. Uczeni oznakowali komórki, by śledzić ich losy i okazało się, że komórki z populacji Otx2 tworzyły przodomózgowie i śródmózgowie, a komórki z populacji Gbx2 – tyłomózgowie. Ich potomków praktycznie nie znajdowano w nieodpowiadających im częściach mózgu. Wszystko wskazuje więc na to, że proces prowadzący do powstania przodomózgowia i śródmózgowia biegnie równolegle z procesem rozwoju tyłomózgowia.
Badacze przyjrzeli się też organizacji chromatyny, czyli sposobowi upakowania DNA w komórkach. Od tej organizacji zależy, które geny są łatwiej dostępne i mogą zostać uruchomione, a do których dostęp jest trudniejszy. Okazało się, że konfiguracja chromatyny przedniej i tylnej ektodermy nerwowej jest różna. A te różnice utrwalają kierunek ich dalszego rozwoju.
Taki podział ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania organizmu. Przodomózgowie uczestniczy w procesach związanych z językiem świadomością czy rozumowaniem abstrakcyjnym. Tyłomózgowie odpowiada za podstawowe funkcje życiowe, jak oddychanie czy praca serca, steruje mięśniami twarzy, języka i gardła, uczestnicząc w mówieniu i połykaniu. Odkrycie, że różne części mózgu pochodzą od różnych populacji komórek i rozwijają się równolegle, jest niezwykle ważne nie tylko dla poznania tego organu, ale – potencjalnie – dla leczenia różnych schorzeń. Naukowcy mieli na przykład olbrzymie trudności w uzyskaniu w laboratorium dojrzałych neuronów tyłomózgowia. Niewykluczone, że wynikało to z tego, iż próbowali uzyskiwać neurony tyłomózgowia z prekursorów przeznaczonych do budowy przodo- lub śródmózgowia.
Zespół ze Stanforda poszukał też ewolucyjnych korzeni odkrytego podziału. Podobny wzorzec stwierdzili u kur, danio pręgowanych i jelitodysznych, które mają odległego wspólnego przodka z człowiekiem. Wyniki badań wskazują, że do rozdzielenia dwóch programów rozwoju układu nerwowego mogło dojść około 550 milionów lat temu.
Teraz, gdy już wiemy, że części mózgu rozwijają się równolegle, a nie wspólnie, otwierają się perspektywy dokładniejszego badania rdzeniowego zaniku mięśni czy stwardnienia zanikowego bocznego. W chorobach tych dochodzi do uszkodzenia neuronów sterujących połykaniem, co może prowadzić do przedostawania się pokarmu lub płynu do płuc. Dzięki najnowszym badaniom wiemy, skąd mogą brać się trudności w laboratoryjnym pozyskaniu odpowiednich neuronów do badań.
Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda chcą teraz zbadać, jak rdzeniowy zanik mięśni i stwardnienie zanikowe boczne zaburzają działanie neuronów tyłomózgowie oraz zbadać pochodzenie rdzenia kręgowego. Dzięki poznaniu najwcześniejszych etapów powstawania układu nerwowego możemy dowiedzieć się, jak przebiega jego późniejsza degeneracja.
Ze szczegółami badań można zapoznać się w nierecenzowanym artykule Two parallel lineage-committed progenitors contribute to the developing brain opublikowanym na łamach bioRxiv lub w jego recenzowanej wersji Two parallel neural ectoderm progenitors contribute to the developing brain, która ukazała się w Nature Neuroscience.
Komentarze (0)