Наш мозг состоит из 85 миллиардов нервных клеток и столько же так называемых глиальных клеток, которые работают в тесном контакте с первыми, чтобы гарантировать их надлежащее функционирование. Все происходят из стволовых клеток головного мозга. Но что решает, когда и сколько из них станут нейронами или глиальными клетками? Новое исследование, проведенное лабораторией развития коры головного мозга SISSA, показало, как ген Foxg1, уже участвующий во многих процессах развития мозга и в редких заболеваниях, таких как синдромы Ретта и Веста, играет фундаментальную роль в пилотировании дифференцировки стволовых клеток, гарантия того, что нейроны и глиальные клетки производятся в нужном количестве и в нужный момент. Работа, опубликованная в Cerebral Cortex и проведенная в сотрудничестве с Кембриджским университетом и IRCCS Burlo Garofolo, открывает новые пути к пониманию и лечению неизлечимых генетических заболеваний.
Кортико-церебральное развитие – очень сложный процесс, остающийся во многом загадочным. Стволовые клетки дают жизнь нейронам, а затем глиальным клеткам, начиная с астроцитов, которые необходимы для питания нервных клеток и регулирования их активности. У людей это происходит после четвертого месяца беременности, когда выработка нервных клеток имеет тенденцию к прекращению, а производство астроцитов увеличивается. У грызунов этот сдвиг происходит сразу после рождения.
До сих пор было неясно, что скоординировало этот переход, но исследователи SISSA показали, что ген Foxg1, уже известный своим участием в других процессах развития и некоторых редких заболеваниях, регулирует поведение дифференцировки стволовых клеток как истинный "дирижер". Они заметили, что уровень экспрессии этого гена снижается естественным путем, незадолго до начала производства астроцитов. Затем исследователи модулировали экспрессию этого гена как in vitro, так и in vivo и обнаружили, что увеличение этой экспрессии замедляет переход от продукции нейронов к астроцитам; с другой стороны, уменьшение выражения облегчает это. Они также подтвердили, что очень похожие явления происходят в стволовых клетках человека. Наконец, ученые также исследовали механизмы, посредством которых это явление выражается, и выделили два типа процессов. С одной стороны, Foxg1 регулирует экспрессию четырех главных генов, участвующих в выборе между продукцией нейронов и астроцитов; с другой – модулирует функцию нескольких молекулярных машин (генных батарей), участвующих в выполнении программы дифференциации астроцитов.
"Это очень важный результат как с научной, так и с методологической точки зрения," комментирует Антонелло Малламачи, директор лаборатории кортикального развития SISSA и руководитель исследования. "Роль Foxg1 в этом переходном процессе и его участие в расстройствах, таких как варианты синдрома Ретта и Веста, предполагает, что некоторые из аномалий, типичных для этих синдромов, вызваны изменением шкалы времени, в которой генерируются астроглиальные клетки и открывает путь к возможным генным методам лечения."
"более того" добавляет Малламачи, "сочетание исследований in vitro и in vivo и сравнение с результатами, полученными на стволовых клетках человека, оказалось выигрышным подходом к изучению процессов развития с высокой степенью сохранности. Этот подход, безусловно, может быть использован в будущем для ответа на новые вопросы."