Ученые определили, что заставляет клетки мозга развиваться в определенном порядке

Исследователи определили полную серию из 10 факторов, которые регулируют развитие типов клеток мозга в зрительной системе плодовых мушек, включая порядок развития этих нейронов. Выводы, опубликованные в Природаоткрыть новые направления исследований, чтобы понять, как развивалось развитие мозга у разных животных, и получить ключи к регенеративной медицине.


Человеческий мозг состоит из 80 миллиардов нейронов. Эти нервные клетки различаются по своей форме, функциям и связям с другими нейронами, образуя нейронные сети. Эта сложность позволяет мозгу выполнять свои многочисленные функции, от управления речью и зрением до хранения воспоминаний и генерации эмоций.

Хотя ученые идентифицировали множество типов нейронов, вопрос о том, как возникает эта сложность в процессе развития мозга, является центральным вопросом нейробиологии развития и регенеративной медицины.

«Знание того, как развивается человеческий мозг, может позволить нам в будущем повторить эти процессы развития в лаборатории, чтобы генерировать определенные типы нейронов в чашке Петри — и, возможно, пересаживать их пациентам — или запускать нейрональные стволовые клетки в живых организмах. для создания и замены отсутствующих нейронов», — сказал Клод Десплан, серебряный профессор биологии Нью-Йоркского университета и старший автор исследования.

Поскольку изучение человеческого мозга — невероятно сложная задача, исследователи полагаются на модельные организмы, такие как мыши и мухи, чтобы изучить сложные механизмы, участвующие в мозговых процессах. Как у позвоночных, таких как мыши и люди, так и у беспозвоночных, таких как мухи, различные типы нейронов генерируются последовательно по мере развития мозга, при этом определенные типы нейронов генерируются первыми, а другие типы генерируются позже из одной и той же стволовой клетки-предшественника.

Механизм, с помощью которого нервные стволовые клетки со временем продуцируют разные нейроны, называется временной паттерн. Экспрессируя различные молекулы, называемые временными транскрипционными факторами или tTF, которые регулируют экспрессию определенных генов в каждом временном промежутке, нейральные стволовые клетки производят разные нейроны.

В исследовании, опубликованном в Природаисследователи изучили мозг плодовой мухи дрозофила чтобы раскрыть полный набор tTF, необходимых для генерации примерно 120 типов нейронов продолговатого мозга, особой структуры мозга в зрительной системе мух. Они использовали самое современное секвенирование мРНК одной клетки, чтобы получить транскриптом — все гены, экспрессированные в данной клетке — более чем 50 000 отдельных клеток, которые затем были сгруппированы в большинство типов клеток, присутствующих в клетке. развивающийся мозговой слой.

Сосредоточившись на нервных стволовых клетках, исследователи определили полный набор tTF, которые определяют различные окна времени в этой области мозга, и генетическую сеть, контролирующую экспрессию этих различных tTF, которые позволяют прогрессировать этому временному каскаду.

«Ранее с использованием доступных антител в зрительной системе мозга было идентифицировано несколько tTF; теперь мы идентифицировали исчерпывающую серию из 10 tTF, которые могут определять все типы нейронов в этой области мозга», — сказал один из ведущих авторов исследования Николаос Константинидес. сейчас руководитель группы в Институте Жака Моно в Париже и бывший научный сотрудник лаборатории Desplan.