Вчені створили найдокладніші на сьогодні карти того, як наш мозок диференціюється від стовбурових клітин у ході ембріонального розвитку та на ранніх етапах життя. У збірці в журналі Nature, що включає п'ять статей, дослідники відстежили сотні тисяч ранніх клітин мозку в корі головного мозку людей й мишей та з безпрецедентною точністю зафіксували молекулярні події, які призводять до утворення суміші нейронів та допоміжних клітин.
«Це дійсно перша чернетка будь-якого "клітинного атласу" для мозку, що розвивається», — каже Хункуй Цзен, виконавчий віце-президент Інституту мозку Аллена в Сіетлі, штат Вашингтон, і співавтор двох статей у збірці.
Ці атласи можуть відкрити нові способи вивчення неврологічних захворювань, таких як аутизм та шизофренія. Тепер дослідники можуть «видобувати дані, знаходити гени, які можуть бути критично важливими для певної події у певному типі клітин та у певний момент часу», — каже Цзен. «Нас чекає дуже цікавий час», — додає Золтан Молнар, нейробіолог з розвитку з Оксфордського університету (Великобританія), який не брав участі в жодному з досліджень.
Ця робота є частиною проєкту BRAIN Initiative Cell Atlas Network (BICAN), запущеного у 2022 році програмою Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) при Національному інституті охорони здоров'я США з фінансуванням у розмірі 500 мільйонів доларів США для створення референтних карт мозку ссавців.
Закономірності розвитку
У двох роботах відображаються частини кори головного мозку мишей - області мозку, що відповідає за когнітивні функції та сприйняття.
Зенг та її колеги вивчали розвиток зорової кори від 11,5-денних ембріонів до 56-денних мишей. Вони створили атлас, що включає 568654 окремих клітин, і ідентифікували 148 клітинних кластерів і 714 підтипів. "Це перший повний атлас розвитку кори головного мозку високої роздільної здатності, що включає як пренатальну, так і постнатальну" фази, - говорить Зенг.
Одним із сюрпризів, за її словами, стало те, як багато нейронів продовжували набувати спеціалізованих ідентичностей після народження, особливо в період з 11-го дня, коли новонароджені миші вперше розплющують очі, до 21-го дня.
Інше дослідження було присвячено розвитку мозку у плодів людини. Томаш Новаковскі, нейробіолог із Каліфорнійського університету в Сан-Франциско, стверджує, що виникнення різних типів клітин мозку — «давнє питання в нейробіології розвитку». Він та його колеги створили генеалогічну карту кіркових клітин людини, використовуючи зразки мозкової тканини, отримані від восьми людських плодів на різних стадіях розвитку.
Вони ідентифікували 6402 клітини-попередника у цих тканинах і в кожну з них вбудували унікальний ДНК-штрихкод. При розподілі клітин штрих-коди копіюються і передаються дочірнім клітинам, що дозволяє дослідникам відстежувати, які стовбурові клітини сформували ті чи інші типи клітин мозку.
Новаковські та його команда виявили, що у плодів віком менше ніж 20 тижнів клітини-попередники в основному розвивалися в збуджувальні нейрони, які передають електричні сигнали для активації інших нейронів. Але після 20 тижнів клітини перейшли до генерації гальмівних нейронів, які припиняють нейронну комунікацію. "Це показує, як ці клітини-попередники переходять з одного типу в інший", - говорить Молнар.
Вчені також зазначили, що формування інших типів клітин мозку – астроцитів та олігодендроцитів – у людей, мабуть, відбувається набагато безперервніше і триваліше, ніж у мишей, додає Новаковскі.
«Насправді ми не знаємо, що керує всіма цими програмами розвитку та перемиканнями, і чому вони відбуваються у процесі розвитку, особливо в такі точні моменти», — каже Новаковський. Він додає, що розв'язання цих питань стане ключовою метою майбутніх досліджень.
