Исследование показывает, что мозг формируется из двух разных клеточных линий
Исследование, опубликованное в Nature Neuroscience, показывает, что передний и задний мозг развиваются из отдельных популяций клеток, что может улучшить моделирование заболеваний и пролить свет на эволюцию позвоночных мозгов.
Новое исследование ставит под сомнение традиционное представление о том, что мозг происходит из единого источника развития. Исследователи Стэнфордского университета обнаружили, что передняя и задняя части мозга возникают из двух разных групп эмбриональных клеток, которые позже сливаются, создавая видимость единого органа.
Команда изучала эмбрионы мышей в период гаструляции и выявила одну популяцию клеток, экспрессирующую ген Otx2, связанный с развитием переднего и среднего мозга, и другую, экспрессирующую Gbx2, ассоциированный с образованием среднего и заднего мозга. Анализ хроматина показал, что каждая группа сохраняет уникальную конфигурацию, поддерживая отдельные пути развития.
"Предыдущие попытки создать нейроны заднего мозга, вероятно, пытались заставить предшественников переднего и среднего мозга превратиться в клетки заднего мозга, что наше исследование показывает невозможным," сказал Райян Джохай, аспирант в лаборатории.
Используя полученные данные о эмбрионах мышей, исследователи направили человеческие стволовые клетки к образованию функциональных моторных нейронов заднего мозга, которые трудно получить в лаборатории. Эти нейроны продуцируют белки, типичные для задних областей мозга, контролирующих мышцы лица и глотки, предоставляя новую платформу для изучения таких состояний, как спинальная мышечная атрофия и боковой амиотрофический склероз.
"Мы не можем брать живые моторные нейроны из заднего мозга пациента, чтобы наблюдать, как эти болезни атакуют эти нейроны. Выращивание этих моторных нейронов заднего мозга в чашке дает нам способ исследовать эти заболевания," сказал Кайл Ло, доцент развития биологии.
Результаты также имеют эволюционные последствия. Анализ существующих данных о макаках, зебрафишах, курах и даже желудочковых червях выявил те же две популяции клеток, что свидетельствует о том, что такой модульный паттерн развития насчитывает сотни миллионов лет.
"Разделение развития между передней линией (передний/средний мозг) и задней линией (задний мозг) прослеживается в древности," сказала Анна Ди Космо, профессор биологии Университета Неаполя Федерико II.
Команда Ло предполагает, что ранние предки позвоночных могли иметь две отдельные нервные системы, которые позже слились в единый мозг, хотя точные сроки и механизмы остаются неясными.
"Важно подчеркнуть, что это лишь идея, и она может измениться по мере того, как ученые узнают больше," добавил Ло.