Почему люди сомневаются: поразительная причина кроется в мозгу

Человеческий мозг традиционно рассматривается как единый орган, однако новое исследование указывает на гораздо более сложную историю его формирования. Ученые выяснили, что передняя и задняя части мозга развиваются из разных популяций клеток-предшественников.

Это открытие может объяснить, почему исследователям до сих пор было сложно выращивать определенные типы нейронов в лаборатории. В будущем полученные результаты могут помочь лучше изучать тяжелые неврологические заболевания и искать способы восстановления поврежденных нервных клеток, отмечает издание iflscience.com.

Мозг может иметь два разных источника

Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience. Ученые установили, что мозг необязательно формируется из единого типа клеток, который постепенно превращается во все разновидности нейронов. Напротив, передняя и задняя части нервной системы могут происходить от двух отдельных популяций клеток.

Команда ученых из Стэнфордского университета проследила развитие мозга у эмбрионов мышей. На ранних этапах они обнаружили две группы клеток – переднюю и заднюю нервные эктодермы, которые обозначили как aNE и pNE.

Эти клетки появляются уже в течение первых двух дней после начала специализации клеток эмбриона. При этом каждая из них имеет собственную молекулярную программу развития.

Почему ученые ранее не могли вырастить нужные нейроны

Различия между двумя группами клеток проявляются, в частности, в активности генов. В клетках задней нервной эктодермы активен ген Gbx2, тогда как передняя нервная эктодерма использует другой ген – Otx2.

Именно эти различия направляют клетки к формированию различных участков мозга. Передняя нервная эктодерма дает начало переднему и среднему мозгу, а задняя – заднему мозгу.

Когда исследователи пытались заставить клетки одного типа превратиться в клетки другого, эксперименты в основном заканчивались неудачей. Это может объяснить предыдущие трудности с созданием нейронов заднего мозга в лабораторных условиях.

По словам ученых, проблема могла заключаться не в неправильном наборе молекулярных сигналов, а в том, что исследователи начинали эксперимент с клеток, которые уже были запрограммированы на другую траекторию развития.

Ключевую роль играет самый ранний этап развития

Авторы работы отмечают, что при исследованиях стволовых клеток обычно основное внимание уделяется получению конкретного конечного типа клеток – например, нейрона.

Однако новые результаты демонстрируют важность гораздо более раннего периода эмбрионального развития. Именно тогда происходит фундаментальное разделение клеточных линий, которое впоследствии определяет, какие участки мозга из них сформируются.

Исследователи также обнаружили значительные различия в структуре хроматина — комплекса, обеспечивающего упаковку ДНК внутри клетки. Это дополнительно свидетельствует, что две популяции клеток имеют разные программы развития.

Ученым уже удалось получить часть нейронов

Понимание происхождения клеток позволило исследователям сделать следующий шаг. Используя плюрипотентные стволовые клетки, они смогли получить некоторые нейроны заднего мозга.

В частности, ученые создали клетки, которые вырабатывают белки, связанные с работой мышц, участвующих в глотании и движениях лица. В то же время воссоздать все типы клеток заднего мозга пока не удалось.

Исследователи не исключают, что мозжечок также может иметь отдельное клеточное происхождение. Поэтому полная картина формирования мозга еще требует дальнейшего изучения.

Разделение может быть очень древним

Интересно, что выявленная закономерность не ограничивается мышами. Когда ученые исследовали развитие нервной системы более отдаленных эволюционных родственников, они обнаружили схожую схему.

Это позволяет предположить, что разделение нервной системы на различные клеточные линии произошло очень давно – возможно, сотни миллионов лет назад.

Исследователи обращают внимание и на медуз, нервная система которых построена из двух разных типов клеточных систем. В отличие от человека, у медуз они не сливаются в один компактный орган, а расположены в разных частях тела.

Таким образом, современный мозг может быть результатом эволюционного объединения двух очень древних нервных систем, которые изначально существовали отдельно.

Какое это имеет значение для медицины

Задний мозг контролирует ряд жизненно важных функций, в частности движения, глотание и дыхание. Нарушения работы соответствующих нейронов лежат в основе некоторых тяжелых нейродегенеративных заболеваний.

Одним из примеров является спинальная мышечная атрофия, при которой поражаются двигательные нейроны. Самая тяжелая форма заболевания может приводить к смерти детей в очень раннем возрасте.

Возможность выращивать нейроны заднего мозга вне организма предоставляет исследователям модель для изучения того, как эти клетки развиваются, почему они повреждаются и как их потенциально можно восстановить.

Кроме того, задний мозг участвует в регуляции сна и чувства голода. Поэтому полученные клеточные модели могут быть полезны и для исследований этих процессов.

OBOZ.UA предлагает узнать о том, как дефицит витаминов в организме влияет на работу мозга.

Подписывайтесь на каналы OBOZ.UA в Telegram и Viber, чтобы быть в курсе последних событий.