Дослідження Stanford Medicine: мозок людини — це два окремі органи

Упродовж століть мозок описували як єдиний орган. Дослідження під керівництвом Stanford Medicine показує, що його точніше розуміти як два: примітивну нервову систему, яка підтримує серцебиття й дихання, та другу систему, здатну до мови, математики й роздумів про власне походження. Результати опубліковано в Nature Neuroscience 18 вересня.

Дві клітини-попередники, а не одна

Панівна модель стверджувала, що весь мозок походить від однієї клітини-попередника на ранньому етапі розвитку. Працюючи з ембріонами мишей, аспіранти Керолін Дандес і Раян Джохай натомість виявили дві окремі популяції. Клітини, що експресують ген Otx2, призначені стати переднім і середнім мозком; клітини з геном Gbx2 формують задній мозок. Ці групи ніколи не перетинаються — вони взаємовиключні від найраніших стадій розвитку, під час гаструляції.

Дослідивши хроматин — упакування, яке визначає, до яких генів клітина має доступ, — команда виявила, що передня й задня нейральна ектодерма мають принципово різні конфігурації. Саме ці відмінності замикають кожного попередника на його долі, як мандрівників на паралельних коліях, що ніколи не перетинаються.

Нейрони заднього мозку в пробірці

Практичний наслідок суттєвий. Десятиліття спроб виростити нейрони заднього мозку в лабораторії були марними, бо дослідники намагалися перетворити попередників переднього мозку на клітини, якими ті принципово не можуть стати. З новою картою команда перетворила плюрипотентні стовбурові клітини людини на функціональні рухові нейрони заднього мозку, які генерували потенціали дії та виробляли білки, що позначають сегменти, відповідальні за м'язи обличчя та ковтання.

«Ми вперше показали, що передня частина мозку походить від зовсім іншої клітини-попередника, ніж задня», — сказав Кайл Ло, доктор філософії, доцент біології розвитку та старший автор дослідження.

Чому це важливо

Задній мозок керує диханням, сном, серцебиттям і голодом, а його рухові нейрони деградують при спинальній м'язовій атрофії (SMA) — провідній генетичній причині смерті дітей до одного року — та при ALS, який зазвичай діагностують у віці 40–70 років. Тканину стовбура мозку неможливо взяти в живих пацієнтів, тож вирощені в лабораторії нейрони дають дослідникам модель, якої бракувало.

Той самий двозародковий патерн знайшли в курей, риб даніо та кишководишних червів; медузи, які відділилися від нашої лінії 600–700 мільйонів років тому, мають дві нервові системи на протилежних кінцях тіла. У дослідженні брали участь науковці Caltech і UCSF.