Нейроны в коре головного мозга, области мозга млекопитающих, участвующей в сложных моторных функциях, сенсорном восприятии и познании, могут иметь очень разные качества и характеристики. Известно, что эти нейроны формируются во время эмбрионального развития, и их свойства и функции продолжают развиваться после рождения.
Многие прошлые исследования в области неврологии изучали формирование и развитие корковых нейронов . Однако до сих пор ни один из них не смог четко определить регуляторные механизмы, лежащие в основе их прогрессивного созревания до и после рождения.
Исследователи из Гарвардского университета, Института Броуда, Массачусетского технологического института (MIT), Института психиатрии им. Макса Планка и других европейских институтов недавно провели углубленный интегрированный одноклеточный эпигеномный и транскрипционный анализ отдельных клеток коры головного мозга . мышей и игрунок. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Neuroscience , проливают новый свет на регуляторные стратегии, которые контролируют раннее и позднее развитие различных типов клеток в неокортексе.
«Мы хотели понять, как нейроны в коре головного мозга, области мозга, отвечающей за квалифицированную двигательную функцию, сенсорное восприятие и познание, генерируются и соединяются вместе», — сказала Паола Арлотта, один из исследователей, проводивших исследование. Медицинский Экспресс. «Мы изучаем эти процессы почти два десятилетия, и наше недавнее исследование добавляет еще один кусочек к головоломке».
Крупный план слоя 5 коры мыши, показывающий различные типы возбуждающих нейронов, которые соединяют кору с разными областями мозга. Различные типы нейронов в слое 5 экспрессируют комбинации SATB2 (зеленый), FEZF2 (красный) и CTIP2 (синий). Кредит: Даниэла Ди Белла.
Чтобы лучше понять регуляторные стратегии, лежащие в основе развития нейронов коры, Арлотта и ее коллеги провели несколько анализов с использованием различных современных технологий и генетических методов. Эти методы позволили им определить гены , которые преимущественно экспрессировались в отдельных типах нейронов в разном возрасте.
Команда проанализировала корковые нейроны мозга мышей и мартышек разного возраста. В этом разном возрасте нейроны находятся на разных стадиях развития, поэтому у них разные характеристики.
«Мы рассмотрели несколько возрастов, когда нейроны выполняют разные функции, например, рождаются, устанавливают связи с другими нейронами или реагируют на стимулы окружающей среды », — объяснила Арлотта. «Мы также изучили, были ли доступны участки генома, которые регулируют выработку таких генов, в том или ином возрасте. Это позволило нам определить, активны ли гены и какие механизмы существуют для их контроля. по видам».
Одноклеточный эпигеномный и транскрипционный анализ, проведенный исследователями, дал несколько интересных результатов. В частности, Арлотта и ее коллеги обнаружили, что в начале жизни нейронов, примерно в то время, когда они рождаются, кора головного мозга регулирует их гены, используя «более простые» стратегии регуляции.
«Оказывается, такие регуляторные механизмы более широко используются другими типами клеток в организме, даже за пределами мозга, и сохраняются в ходе эволюции, как сценарий, который использовался раньше», — сказал Арлотта. «Однако позже, когда нейроны подключаются и реагируют на сигналы окружающей среды, они используют более «сложные» механизмы регуляции, которые кажутся более уникальными для мозга; почти как в новом киноспектакле, который должен изображать некоторые более динамичные аспекты биологии. нейронов».
Недавняя работа этой группы исследователей показала, что по мере развития и созревания корковых нейронов кора головного мозга мышей и мозг мартышек адаптирует стратегии, с помощью которых она регулирует их гены. В своей статье Арлотта и ее коллеги предполагают, что этот временной сдвиг в регуляторных механизмах может отражать уникальные эволюционные ограничения на различные события развития, происходящие в неокортексе.
«Мне нравится думать о наших выводах следующим образом: эволюционная изменчивость в механизмах, контролирующих создание клеток мозга, может быть в некоторой степени ограничена, скорее всего, потому, что ошибки в этом процессе нельзя легко допустить», — добавил Арлотта. «Однако, когда нейронам необходимо подключаться и динамически адаптироваться к окружающей среде, им выгодно иметь больше степеней свободы в пространстве регуляции генов, чтобы обеспечить более сложные и, возможно, непредсказуемые функциональные результаты».
