Развенчан миф о едином источнике развития мозга: потребовались два разных типа клеток-предшественников
iXBT.com ·
Десятилетиями в эмбриологии держалось представление, что весь мозг позвоночных вырастает из единой популяции стволовых клеток. Исследование, опубликованное в Nature Neuroscience, впервые на прямых экспериментальных данных показывает: для построения органа требуются минимум два независимых типа клеток-предшественников, и их судьба предопределена на самых ранних стадиях развития.
Десятилетиями в эмбриологии держалось представление, что весь мозг позвоночных вырастает из единой популяции стволовых клеток. Исследование, опубликованное в Nature Neuroscience, впервые на прямых экспериментальных данных показывает: для построения органа требуются минимум два независимых типа клеток-предшественников, и их судьба предопределена на самых ранних стадиях развития.
Одна линия клеток формирует задний мозг — отдел, отвечающий за базовые функции вроде сердцебиения и дыхания. Вторая порождает средний и передний мозг, включая структуры, задействованные в планировании и рассуждении.
На мышиных эмбрионах возрастом 7,5 суток после зачатия группа из Стэнфордского университета с помощью окрашивания тканей и секвенирования РНК выявила две взаимоисключающие группы клеток-предшественников мозга. Когда учёные пометили красным флуоресцентным маркером клетки, экспрессирующие ген, характерный для задней части будущего мозга, и проследили их миграцию, красной оказалась только задняя половина зрелого мозга. Передняя часть флуоресценции не дала.
В отдельных экспериментах на человеческих стволовых клетках исследователи превратили их в два ранних типа мозговых предшественников и проверили, можно ли перенаправить их развитие химически. Один тип клеток легко созревал при подаче сигнала на формирование переднего и среднего мозга. Но когда тот же тип клеток получал сигнал на образование заднего мозга, он не прогрессировал. По словам соавтора работы Кайла Ло, «это указывает на то, что программа клеток заблокирована на уровне, не допускающем переключения между отделами».
Практическую ценность работе придаёт эффективный метод выращивания двигательных нейронов заднего мозга — клеток, управляющих, в частности, глотанием. Их дегенерация характерна для бокового амиотрофического склероза (БАС, или болезнь двигательного нейрона), и возможность целенаправленно получать эти нейроны в лаборатории важна для моделирования заболевания. Этот аспект исследования получил широкое признание, даже со стороны тех, кто не согласен с выводом о полной независимости двух клеточных популяций.
Группа Ло искала двойную систему предшественников у широкого круга видов — от обезьян и кур до рыбок данио-рерио — и везде находила оба типа клеток. Разделение обнаружилось даже у Saccoglossus kowalevskii, морского беспозвоночного из группы желудевых червей. Общий предок человека и этого червя жил более 500 млн лет назад, до образования суперконтинента Пангея, но картина развития его эмбриона, по словам Ло, выглядит так же, как у мышиного. Это делает обнаруженный механизм одним из древнейших известных принципов закладки нервной системы.