Развитие коры головного мозга во многом зависит от стволовых клеток, ответственных за генерацию нейронов, известных как радиальные глиальные клетки. До сих пор считалось, что эти стволовые клетки производят нейроны в результате простого процесса, то есть из одной клеточной линии.
Тем не менее, исследование, проведенное лабораторией нейрогенеза и расширения коры под руководством исследователя Виктора Борреля в Институте нейронаук (IN), совместном центре Национального исследовательского совета Испании (CSIC) и Университета Мигеля Эрнандеса (UMH) в Эльче, обнаружил не только, что существует гораздо больше типов радиальных глиальных клеток, чем считалось ранее, но также и то, что существует по крайней мере три различных процесса нейрогенеза, которые происходят параллельно в одних и тех же областях мозга и в один и тот же момент развития.
Результаты этой работы, опубликованные в журнале Science Advances , раскрывают сложность нейрогенеза за счет участия параллельных линий. «Мы обнаружили, что существует несколько альтернативных путей генерации нейронов и что все пути работают одновременно, хотя мы также видели, что конечным результатом всегда является нейрон со схожими характеристиками и функциями на этой стадии развития», — объясняет Боррель.
Кроме того, исследователи находят доказательства того, что существование параллельных линий связано со складками коры головного мозга. «Фундаментальным аспектом в этом смысле является то, что «маршруты» формирования нейронов работают в одно и то же время и в одном и том же месте, но не в одинаковом количестве по всей коре, а в разных извилинах и бороздах они различны», — говорит первый автор статьи, Люсия дель Валье Антон.
Чтобы понять эту связь, исследователи изучили формирование нейронов в областях, которые, несомненно, дадут начало извилине и борозде в мозгу хорька, а, используя общедоступные базы данных, они также смогли проанализировать это в мозге человека и мыши.
В ходе разработки исследования, в котором также принимал участие исследователь Хуан Антонио Морено Браво, руководящий лабораторией развития, связей и функций мозжечковых цепей, эксперты заметили, что, хотя три линии функционируют как в зонах извилины, так и в зонах борозды, В зависимости от местоположения преобладают разные процессы.
«Поначалу кора гладкая, но есть участок, который будет сильно разрастаться, и по мере роста он образует извилину. Между тем рядом с ним другие участки будут расти меньше и останутся впалыми, образуя борозда», — говорит Боррелл. «Первое различие между извилиной и бороздой заключается в том, насколько она растет, и это связано с тем, сколько нейронов родится в этом месте. Например, в борозде мы обнаруживаем три «пути»: преобладает тот, который генерирует меньше нейронов, тогда как в извилине произойдет обратное».
Понимание существования этих новых типов стволовых клеток , которые обладают высокой способностью к делению, а также различных механизмов параллельной генерации нейронов, позволяет нам понять процессы, которые приводят к увеличению коры головного мозга человека по сравнению с другими видами.
Это исследование позволило ученым изучить с беспрецедентной детализацией гены, экспрессируемые нейронами как в извилине, так и в борозде. Боррелл объясняет: «Мы стремились наблюдать, какие из всех исследованных нами клеток экспрессируют гены, которые, как известно, мутируют при пороках развития человека. Мы подтвердили, что не все эти клетки экспрессируют гены, ответственные за эти пороки развития головного мозга. Мы заметили, что они в основном экспрессируются новорожденные нейроны, а не предшественники».
В связи с этим исследователь подчеркивает, что, несмотря на одинаковые функции на глобальном уровне, нейроны, рожденные в извилине, экспрессируют гены, необходимые для того, чтобы в коре человека были извилины. Это указывает на то, что у пациентов с пороками развития из-за отсутствия извилин в мозгу дефекты возникают именно в нейронах извилины, а не в нейронах борозды.
Международное сотрудничество
В этом исследовании, которое проводилось в сотрудничестве с исследователями из Научно-исследовательского института стволовых клеток ISF (Центр Гельмгольца) и Института биологического интеллекта Макса Планка, расположенных в Мюнхене (Германия), исследователи основывали свои результаты на секвенировании отдельных клеток в уровень транскриптомики — метод, который позволяет нам идентифицировать все гены, экспрессирующиеся в каждой из клеток.
Ученые проанализировали тысячи клеток с помощью информационных инструментов, чтобы определить генетическую траекторию этих клеток и их соответствующие линии. Изучив и проверив данные о происхождении трех видов, они заметили, что в человеческом мозге также встречаются эти три параллельные линии, подобно тому, что наблюдается у хорьков.
Однако в случае мышей проведенный анализ выявил только один преобладающий путь создания нейронов. Будущие исследования будут необходимы, чтобы определить, утратили ли мыши эти линии в результате эволюции или, наоборот, эти «маршруты» все еще присутствуют, но в таких небольших пропорциях, что их невозможно обнаружить с помощью современных инструментов.
