Обнаружен возможный механизм образования складок в коре головного мозга

Важные новости

Возможный механизм образования складок в обнаружена кора головного мозга

Изображение мозга хорька, показывающее измененный паттерн складки (слева), опосредованный белком Cux2. Кредит: IN-CSIC-UMH.

Определение генетических и эпигенетических факторов, влияющих на складчатость мозга, является целью последнего исследования, проводимого совместно с лабораторией нейрогенеза и коркового расширения под руководством исследователя Виктора Борреля из Института нейронаук (IN), объединенного центра Национальный исследовательский совет Испании и Университет Мигеля Эрнандеса (UMH) в Эльче, а также лаборатория под руководством исследователя Виджая К. Тивари в Институте экспериментальной медицины Велкома-Вольфсона при Королевском университете Белфаста (Великобритания).

Эта работа опубликована в журнале Science Advances., показали, что эпигенетические метки являются ключевым механизмом в инструкциях, которые приводят к образованию складок коры головного мозга, и что белок Cux2 играет определяющую роль в этом процессе.

Команда Боррелла уже разработала протомап это устанавливается на генетическом уровне, когда извилины и борозды будут образовываться в мозге на стадии эмбрионального развития, на которой складки еще не начали формироваться. «Поначалу кора гладкая, но есть участок, который сильно разрастается, и по мере роста образует извилину.

«Между тем рядом с ним другие участки будут меньше разрастаться и останутся впалыми, образуя борозду», — поясняет исследователь. «Это потому, что существуют тысячи генов, которые экспрессируются в коре головного мозга эмбриона во время его развития. Тем не менее, они не экспрессируются в одинаковом количестве во всех областях».

Благодаря сотрудничеству с лабораторией Тивари, экспертом в области эпигенетики и эпигеномного анализа, они смогли продвинуть это исследование на шаг дальше и изучить так называемый эпигенетический ландшафт клеток коры головного мозга. «Мы изучили гораздо больше, чем просто конкретный ген в определенном месте, но мы смогли наблюдать всю ДНК клеток и их эпигенетические модификации, которые определяют поведение этих генов, чтобы понять механизмы, которые приводят к возникновению выражение этих генов», — говорит Боррелл.

Для разработки этого исследования исследователи сосредоточились на эпигенетической метке H3K27ac, поскольку это индикатор с наибольшей способностью прогнозировать экспрессию генов. Однако результаты оказались неожиданными. «Мы наблюдали, что во многих местах, где присутствовал H3K27ac, экспрессия генов не происходила, но мы также наблюдали противоположный случай: были гены, которые экспрессировались без присутствия эпигенетической метки», — говорит Люсия дель Валье Антан, соавтор. -первый автор статьи.

Эксперты сходятся во мнении, что это открытие является четким показателем сложности нервной системы. «В области эпигенетики мы находим данные, которые позволяют предположить, что нервная система в период своего развития является исключением и не функционирует так, как остальные ткани организма. Без сомнения, впереди еще долгий путь изучения. и это захватывающая задача», — говорит Боррелл.

Это неожиданное открытие побудило их исследовать, что происходит в тех генах, в которых наблюдалось совпадение метки H3K27ac и экспрессии. Для этого они сосредоточились на белках, которые напрямую регулируют экспрессию генов: факторах транскрипции. В частности, они сосредоточились на белке Cux2, поскольку его участие в развитии мозга широко известно.

Cux2, главный фактор

Cux2 — белок, участвующий в дифференцировке нейронов, росте дендритов и формировании нейронных цепей в целом. Эксперты хотели проверить влияние этого фактора на складку мозга и для этого ввели ДНК, кодирующую этот белок, в мозг эмбриона во время его беременности. Благодаря этому методу они подтвердили, что Cux2 способен изменять структуру складок.

«Он может создавать складки в коре головного мозга мыши, которая в остальном гладкая, а в случае хорька она уже имеет складки, белок может полностью изменить установленный образец складки», — объясняет дель Валле Антен.

Эти результаты показывают ключевую роль Cux2 в сворачивании. «Мы знаем, что для формирования складок должно произойти множество процессов, и после проведения этого исследования мы определили, что Cux2 является главным фактором, который может использовать преимущества эпигенетического ландшафта для внесения изменений, которые приводят к выражению тысяч генов, выполняющих разные задачи. Сочетание всего этого делает возможным образование складок», — объясняет Боррелл.

С помощью секвенирования отдельных клеток исследователи смогли проанализировать изменения, которые Cux2 вызывает в клетках, генерирующих извилины. Они подтвердили, что существует тип клеток радиальной глии, стволовых клеток, ответственных за образование нейронов, который практически исчезает, позволяя другим типам клеток радиальной глии размножаться в больших количествах. Это влияет не только на тип предшественника, дающего начало нейронам, но и на клеточную линию, за которой они следуют, что, в свою очередь, напрямую участвует в развитии извилин и борозд в мозге.

Складчатость является характеристикой человеческий мозг, дефект которого приводит к серьезным нарушениям обучаемости и интеллектуальным нарушениям. Иногда у пациентов наблюдаются генетические мутации, которые вызывают пороки развития головного мозга из-за отсутствия извилин. В связи с этим Боррелл отмечает, что проведение фундаментальных исследований «необходимо для понимания биологии этих заболеваний и позволяет нам быть немного ближе к поиску возможных решений».

Дополнительная информация: Адити Сингх и др., Генная регуляция складок коры головного мозга, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn1640.

Информация журнала: Достижения науки предоставлены Мигелем Эрнандесом, Университет Эльче

Новости сегодня

Последние новости