В начале развития человеческого мозга, через несколько недель после зачатия, стволовые клетки уже начинают формировать его будущую структуру. Недавнее исследование, проведенное учеными из Йельского университета, показало, что молекулы-морфогены, которые можно назвать «дорожными полицейскими» на молекулярном уровне, регулируют активацию генетических программ, начинающих превращение стволовых клеток в более специализированные клетки мозга. Работы ученых опубликованы в журнале Cell Stem Cell.
Исследователи обнаружили, что чувствительность стволовых клеток к этим морфогенам может различаться не только между клетками разных доноров, но и между клетками одного и того же человека. Это открытие добавляет новый слой понимания того, как развивается человеческое тело, и как на этот процесс могут влиять генетические изменения между людьми и эпигенетические изменения в пределах одного организма.
Группа, возглавляемая Флорой Ваккарино, профессором Йельской школы медицины, и Андре Левченко, профессором биомедицинской инженерии в Йельской школе инженерии, разработала устройство Duo-MAPs, которое позволило исследовать органоиды, полученные из человеческих стволовых клеток, и подвергнуть их воздействию двух важных морфогенов, которые естественно присутствуют в развивающемся мозге. Один из них — морфоген WNT — активен вдоль оси заднего и переднего отделов развивающейся нервной системы, а второй, Sonic Hedgehog, регулирует развитие вдоль переднезадней оси.
Исследования показали, что комбинация этих двух морфогенов в течение пяти дней регулирует активность генов, определяющих будущую структуру и клеточный состав почти всех областей мозга. Ученые отметили, что чувствительность стволовых клеток к этим морфогенам варьировала в зависимости от доноров и клеточных линий. Например, органоиды, полученные из некоторых линий стволовых клеток, проявляли высокую чувствительность к WNT, что активировало гены, которые концентрировались в задней части мозга, где развивается мозжечок, в то время как другие линии показывали низкую чувствительность к WNT и большую активность генов в передних участках мозга, таких как развивающаяся кора.
Кроме того, ученые обнаружили, что активность генов, реагирующих на морфогены, варьировалась не только между различными донорскими клеточными линиями, но и в пределах одной и той же линии стволовых клеток. Это, вероятно, связано с эпигенетическими изменениями или постзачаточными мутациями в каждой клеточной линии. Эти результаты подчеркивают текучесть и индивидуальность процесса развития мозга как между разными людьми, так и внутри одного организма.
Это исследование открывает новые горизонты для более точного моделирования и понимания ключевых процессов развития, что позволит в будущем проводить более персонализированные исследования, основанные на генетических данных отдельных людей.
Развитие нейробиологии открывает новые возможности для восстановления нервных тканей, а исследование, проведенное недавно, показывает интересные результаты в этой области. Подобные открытия могут иметь огромное значение в лечении различных типов повреждений, таких как травмы спинного мозга. Об этом вы можете прочитать в этой статье.
