Исследователи из Университета Цукубы обнаружили две молекулы в мозгу морской струи, которые определяют развитие области, похожей на гипоталамус, а также проливают свет на то, как разные части мозга формируются у более сложных организмов.
Человеческий мозг чрезвычайно сложен, состоит из различных областей с определенными функциями и примерно 100 миллиардов нейронов. Эта сложность представляет собой серьезную проблему для понимания этого органа и того, как он развивается, особенно с учетом этических проблем, связанных с исследованиями на людях.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Genes and Development, исследовательская группа из Университета Цукубы разработала новый подход к раскрытию того, как мозг формируется посредством создания различных типов нейронов с помощью морской струи, простого организма, который является предшественником позвоночные. Используя этот подход, команда определила две молекулы, которые жизненно важны для развития области мозга этого вида, аналогичной гипоталамусу у людей, что имеет потенциальные последствия для всей области нейробиологии.
Морской брызг – полезная модель для изучения развития мозга, поскольку он представляет некоторые основные особенности всех позвоночных на ранней стадии эволюции, в то время как центральная нервная система содержит всего 177 нейронов. Исследователи воспользовались этой простотой, выполнив секвенирование РНК для отдельных клеток целых эмбрионов, обнаружив, что две молекулы, Ptf1a и Meis, жизненно важны для появления дофаминергических нейронов / коронарных клеток, простой ранней формы гипоталамуса.
"Нам удалось секвенировать РНК примерно из 5000 клеток эмбрионов морских брызг и идентифицировать конкретные нейроны, на которых мы хотели сосредоточиться, найдя гены дофаминергических маркеров в их профилях экспрессии," автор-корреспондент Ясунори Сасакура говорит. "Один ген, Ptf1a, экспрессировался только в дофаминергических нейронах / коронарных клетках, но не в каких-либо других нейронах, поэтому мы затем проанализировали его дополнительно."
Команда показала, что блокирование экспрессии этого гена привело к неспособности этих конкретных нейронов сформироваться, в то время как аберрантная экспрессия этого гена во всей нервной системе преобразовала большинство нейронов в этот конкретный тип.
"Затем мы классифицировали клетки, экспрессирующие Ptf1a, на разные подгруппы и обнаружили, что те клетки, которые наиболее полно дифференцировались в дофаминергические нейроны, также экспрессировали ген Meis," Такео Хори говорит. "Наш анализ показал, что эти два фактора транскрипции работают в тандеме, чтобы стимулировать производство этих нейронов, что также имеет важное значение для того, как формируется гипоталамус у людей."
Команда не смогла бы сделать открытие такого рода без нового подхода к секвенированию одноклеточной РНК и манипуляций, таких как нокаут гена и сверхэкспрессия. Эта характеристика способа создания различных субпопуляций нейронов, хотя и является простым предшественником человеческого гипоталамуса, может помочь в борьбе с человеческими заболеваниями, связанными с дофаминергической недостаточностью, такими как болезнь Паркинсона.