Чому люди сумніваються: вражаюча причина криється в мозку

Людський мозок традиційно розглядають як єдиний орган, однак нове дослідження вказує на значно складнішу історію його формування. Вчені з'ясували, що передня і задня частини мозку розвиваються з різних популяцій клітин-попередників.

Це відкриття може пояснити, чому дослідникам досі було складно вирощувати певні типи нейронів у лабораторії. У майбутньому отримані результати можуть допомогти краще вивчати тяжкі неврологічні захворювання та шукати способи відновлення пошкоджених нервових клітин, зазначає видання iflscience.com.

Мозок може мати два різні джерела

Дослідження опубліковане в журналі Nature Neuroscience. Науковці встановили, що мозок не обов'язково формується з єдиного типу клітин, який поступово перетворюється на всі різновиди нейронів. Натомість передня та задня частини нервової системи можуть походити від двох окремих популяцій клітин.

Команда вчених зі Стенфордського університету простежила розвиток мозку в ембріонів мишей. На ранніх етапах вони виявили дві групи клітин – передню та задню нервові ектодерми, які позначили як aNE і pNE.

Ці клітини з'являються вже протягом перших двох днів після початку спеціалізації клітин ембріона. При цьому кожна з них має власну молекулярну програму розвитку.

Чому вчені раніше не могли виростити потрібні нейрони

Відмінності між двома групами клітин проявляються, зокрема, в активності генів. У клітинах задньої нервової ектодерми активний ген Gbx2, тоді як передня нервова ектодерма використовує інший ген – Otx2.

Саме ці відмінності спрямовують клітини до формування різних ділянок мозку. Передня нервова ектодерма дає початок передньому та середньому мозку, а задня – задньому мозку.

Коли дослідники намагалися змусити клітини одного типу перетворитися на клітини іншого, експерименти переважно завершувалися невдачею. Це може пояснити попередні труднощі зі створенням нейронів заднього мозку в лабораторних умовах.

За словами науковців, проблема могла полягати не в неправильному наборі молекулярних сигналів, а в тому, що дослідники починали експеримент із клітин, які вже були запрограмовані на іншу траєкторію розвитку.

Ключову роль відіграє найраніший етап розвитку

Автори роботи наголошують, що під час досліджень стовбурових клітин зазвичай основну увагу приділяють отриманню конкретного кінцевого типу клітин – наприклад, нейрона.

Однак нові результати демонструють важливість набагато ранішого періоду ембріонального розвитку. Саме тоді відбувається фундаментальний поділ клітинних ліній, який згодом визначає, які ділянки мозку з них сформуються.

Дослідники також виявили значні відмінності в структурі хроматину – комплексу, який забезпечує упаковку ДНК усередині клітини. Це додатково свідчить про те, що дві популяції клітин мають різні програми розвитку.

Вченим уже вдалося отримати частину нейронів

Розуміння походження клітин дозволило дослідникам зробити наступний крок. Використовуючи плюрипотентні стовбурові клітини, вони змогли отримати деякі нейрони заднього мозку.

Зокрема, вчені створили клітини, які виробляють білки, пов'язані з роботою м'язів, що беруть участь у ковтанні та рухах обличчя. Водночас відтворити всі типи клітин заднього мозку поки не вдалося.

Дослідники не виключають, що мозочок також може мати окреме клітинне походження. Тому повна картина формування мозку ще потребує подальшого вивчення.

Поділ може бути дуже давнім

Цікаво, що виявлена закономірність не обмежується мишами. Коли науковці дослідили розвиток нервової системи більш віддалених еволюційних родичів, вони побачили схожу схему.

Це дозволяє припустити, що поділ нервової системи на різні клітинні лінії виник дуже давно – можливо, сотні мільйонів років тому.

Дослідники звертають увагу і на медуз, нервова система яких побудована з двох різних типів клітинних систем. На відміну від людини, у медуз вони не зливаються в один компактний орган, а розташовані в різних частинах тіла.

Таким чином, сучасний мозок може бути результатом еволюційного об'єднання двох дуже давніх нервових систем, які спочатку існували окремо.

Яке це має значення для медицини

Задній мозок контролює низку життєво важливих функцій, зокрема рухи, ковтання та дихання. Порушення роботи відповідних нейронів лежать в основі деяких тяжких нейродегенеративних захворювань.

Одним із прикладів є спінальна м'язова атрофія, за якої уражаються рухові нейрони. Найважча форма захворювання може призводити до смерті дітей у дуже ранньому віці.

Можливість вирощувати нейрони заднього мозку поза організмом дає дослідникам модель для вивчення того, як ці клітини розвиваються, чому вони пошкоджуються та як їх потенційно можна відновити.

Окрім цього, задній мозок бере участь у регуляції сну та відчуття голоду. Тому отримані клітинні моделі можуть бути корисними й для досліджень цих процесів.

OBOZ.UA пропонує дізнатися про те, як дефіцит вітамінів в організмі впливає на роботу мозку.

Підписуйтесь на канали OBOZ.UA в Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.