Опровергнут миф об единственном источнике развития мозга: для этого нужны два разных типа клеток-предшественников

На протяжении десятилетий в научном сообществе доминировала теория, согласно которой весь головной мозг позвоночных развивается из единой популяции стволовых клеток. Однако недавнее исследование, опубликованное на страницах Nature Neuroscience, на основе достоверных эмпирических данных опровергает эту догму: для формирования органа задействованы как минимум две автономные группы клеток-предшественников, а их специализация предопределяется на самых ранних этапах эмбриогенеза.

Первая клеточная линия отвечает за построение заднего мозга — отдела, регулирующего жизненно важные функции организма, такие как дыхание и сердечный ритм. Вторая линия формирует средний и передний мозг, включая области, ответственные за когнитивные процессы, логическое мышление и планирование.

Исследовательская группа из Стэнфордского университета, изучая эмбрионы мышей на седьмые сутки после оплодотворения, применила методы гистологического окрашивания и секвенирования РНК, благодаря чему обнаружила две взаимоисключающие популяции мозговых предшественников. Пометив красным люминесцентным маркером клетки с активным генным профилем будущей задней зоны мозга и проследив за их перемещением, ученые зафиксировали свечение исключительно в заднем отделе сформировавшегося мозга. Передняя часть осталась темной.

В ходе параллельных экспериментов с человеческими стволовыми клетками специалисты индуцировали их превращение в два ранних типа мозговых предшественников, чтобы проверить возможность изменения их судьбы с помощью химических стимуляторов. Первый клеточный тип успешно дифференцировался при получении сигнала к развитию переднего и среднего мозга. Тем не менее, попытки направить этот же тип по пути формирования заднего мозга успехом не увенчались. Как отметил соавтор научной работы Кайл Ло, «это свидетельствует о жесткой генетической детерминации, исключающей взаимозаменяемость клеточных программ между разными отделами».

Особую практическую ценность исследованию придает разработка результативной методики культивирования моторных нейронов заднего мозга — клеток, отвечающих в том числе за акт глотания. Их постепенная гибель выступает ключевым признаком бокового амиотрофического склероза (БАС), поэтому способность целенаправленно воспроизводить данные нейроны in vitro открывает новые перспективы для моделирования патологии. Данное достижение получило высокую оценку научного сообщества даже среди скептиков, подвергающих сомнению гипотезу о полной изоляции двух клеточных пулов.

Команда под руководством Ло провела поиск аналогичной двойной системы предшественников у различных представителей фауны — от приматов и птиц до рыбок данио-рерио — и неизменно фиксировала присутствие обоих типов клеток. Удивительно, но это разделение прослеживается даже у Saccoglossus kowalevskii — морского беспозвоночного из класса полухордовых (желудевых червей). Хотя общий предок человека и этого организма жил более полумиллиарда лет назад, задолго до раскола суперконтинента Пангея, схема развития его эмбриона, по утверждению Ло, точь-в-точь повторяет мышиную. Данное обстоятельство позволяет отнести выявленный феномен к числу древнейших эволюционных принципов формирования нервной системы.

Источник: iXBT