Ученые из Института Салка (США) смогли выяснить, как в ходе внутриутробного развития формируется кора головного мозга. Ранее нейробиологи знали, что для образования коры, состоящей из шести разных слоев, требуется согласованное перемещение стволовых клеток, а также строгое соблюдение порядка их деления с образованием нескольких разных типов нейронов.. Однако, как этот порядок поддерживается, было неясным, а значит, невозможно было говорить о целенаправленном восстановлении поврежденного мозга, успешной терапии болезни Альцгеймера стволовыми клетками или о перспективах генной терапии.
В серии экспериментов ученым удалось выявить очередность перемещений и делений клеток, которую обеспечивает выявленный исследователями ген Lhx2. В течение короткого времени этот ген вместе с еще несколькими другими играет роль регулятора, задавая дальнейшее развитие клеткам и определяя, как именно будет выстроена нервная ткань.
Компьютер из миллионов деталей
Ученые исследовали неокортекс – область коры головного мозга, насчитывающую шесть разных слоев, в каждом из которых помимо нервных волокон расположены нейроны определенного типа. Кстати, кора мозга, которая отвечает за обоняние, также отличается непростым строением, хотя и состоит всего из трех слоев – правда, возникли они в ходе эволюции намного раньше.
Оказалось, что в неокортексе, кроме шести слоев можно выделить еще и вертикальные колонки, объединяющие несколько тысяч клеток в отдельную сеть – эти колонки соединены друг с другом определенным образом. Вся кора насчитывает миллионы нейронов даже у мышей с их крошечным, размером с некрупную вишню, мозгом, а в ходе эмбрионального развития сложнейшая сеть образуется всего из нескольких клеток.
Смотрите также
Ученые считают колонки нейронов важнейшими образованиями коры, которые обеспечивают мышление, запоминание и некоторые другие психические функции. Чтобы лучше понять работу колонок, группа нейробиологов компьютерную модель искусственного мозга.
Генные чертежи
Именно сложностью структуры коры и упорядоченностью в ней межклеточных связей обусловлены генетические «инструкции» по ее сборке. Да и гены, как подчеркивают нейробиологи, не содержат точных инструкций процесса образования коры, а обеспечивают скорее общие направления развития.
Ген Lhx2 не является исключением. В определенный момент, когда стволовые клетки занимают свое положение в будущей коре, он включается и задает дальнейшее направление их развития – превращение в те или иные типы нейронов.
Расслоение нейронного общества
Просто включения гена Lhx2, однако, недостаточно. Ведь его активность сообщает клеткам лишь то, что настало время приобретать ту или иную специализацию. Но вот какую? Отчасти зависит это от собственной активности гена Lhx2, но также важная роль отводится еще одному механизму, задействованному в процессе образования коры мозга.
Как выяснилось в ходе исследования, сначала в клетках, из которых в будущем получится кора, активируется другой ген, Emx1. В момент, когда клетки начинают свое деление, выстраиваясь в еще несколько одинаковых слоев, начинает свою работу Lhx2. Кодируемый им белок при этом синтезируется в разных количествах, а ранее однородные слои с этого момента начинают приобретать специфические черты.
Более того, количество выработанного клеткой белка как раз и определяет дальнейшую судьбу, в каждом из слоев запускается своя цепочка биохимических реакций, зависящая от изначальной активности гена Lhx2.
Итоги и выводы
Для расслоения стопки одинаковых клеток используется такой простой показатель, как количество кодируемого всего одним геном белка, в зависимости от чего клетка направляется по тому или иному пути развития.
Смотрите также
Связь мозга и генов часто упоминается в сообщениях о нейробиологических открытиях. И это неудивительно, ведь, например, в головном мозге во время процесса обучения начинают работу . А свыше половины всех генов так или иначе связаны именно с развитием и функционированием мозга.
Как удалось продемонстрировать биологам, если ген Lhx2 начал свою работу не вовремя, то кора на положенные ей слои не разделяется. Промедление всего лишь на сутки приводит к тому, что вместо неокортекса у мышей развивается обонятельная, трехслойная, и более примитивная кора, а у людей подобные аномалии вообще могут привести к тяжелейшим врожденным дефектам развития мозга.
Впрочем, ученых интересовало не отсутствие коры мозга, а, как, как сообщается в , выпущенном Институтом Салка, возможность замены стволовыми клетками поврежденных инсультом или нейродегенеративными болезнями участков мозга.
В будущем, когда ученые смогут полностью представлять себе картину формирования коры, можно будет методами генной терапии и перепрограммирования стволовых клеток «заращивать» оставленные инсультами «бреши», возвращать людям возможность ходить и восстанавливать умственные способности.