Исследование ученых из Stanford Medicine показало, что человеческий мозг может формироваться не из единой исходной клеточной популяции, а из двух самостоятельных нервных систем. Они возникли раздельно в ходе эволюции более 500 миллионов лет назад, а затем оказались объединены в одном органе.
Одна из систем дает начало переднему и среднему мозгу, связанным с языком, сознанием, математикой и абстрактным мышлением. Вторая формирует задний мозг, или ствол мозга, который управляет дыханием, сердцебиением, сном, голодом, а также движениями мышц лица, языка и горла. Результаты исследования будут опубликованы 18 сентября в журнале Nature Neuroscience; старшим автором работы стал доцент кафедры биологии развития Кайл Ло.
К такому выводу исследователи пришли, изучая ранние этапы развития эмбриона мыши. В период гаструляции клетки, из которых формируются передний и средний отделы мозга, активируют ген Otx2, тогда как будущие клетки заднего мозга связаны с геном Gbx2. Эти две группы не смешиваются даже на самых ранних стадиях, а различия в структуре хроматина с самого начала закрепляют для них разные пути развития.
«Мы впервые показали, что передняя часть мозга возникает из совершенно другой клетки-предшественника, чем задняя часть мозга», — сказал Кайл Ло. По словам ученого, это открывает возможность выращивать в лаборатории нейроны заднего мозга и изучать их работу. Ранее такие эксперименты часто основывались на попытках превратить клетки-предшественники переднего и среднего мозга в клетки заднего мозга, хотя, как показало исследование, они не способны принять такую специализацию.
Используя сведения о самостоятельном происхождении заднего мозга, ученые впервые направили человеческие плюрипотентные стволовые клетки — клетки, способные превращаться в любые клетки организма, — в функциональные двигательные нейроны заднего мозга. Полученные клетки создавали электрические импульсы и вырабатывали белки, характерные для участков, управляющих мышцами лица и глотки. Это может помочь изучать спинальную мышечную атрофию (СМА) и боковой амиотрофический склероз (БАС), при которых постепенно нарушается работа определенных нейронов ствола мозга.
СМА остается одной из основных генетических причин смерти детей младше года, а БАС чаще всего диагностируют в возрасте от 40 до 70 лет. При этих заболеваниях человек может утратить способность глотать, что повышает риск попадания пищи или жидкости в легкие и развития пневмонии, а позднее — способность дышать. Как отмечает ScienceDaily, исследователи также обнаружили сходную схему развития нервных систем у кур, рыбок данио и желудевых червей, проследив ее более чем на 550 миллионов лет эволюции; теперь они намерены изучить происхождение спинного мозга и механизмы повреждения нейронов при СМА и БАС.