Человеческий мозг оказался двумя разными органами, которые объединились в процессе эволюции сотни миллионов лет назад. Исследователи доказали, что передняя и задняя части мозга формируются из совершенно разных стволовых клеток.
Группа специалистов из Стэнфордского университета (США) изучила самые ранние этапы эмбрионального развития мышей в фазе гаструляции — периода, когда закладываются будущие ткани организма. Биологи обнаружили, что передний и задний мозг развиваются по двум параллельным, никогда не пересекающимся путям.
За формирование переднего и среднего отделов отвечает группа клеток с активным геном Otx2, в то время как задний мозг вырастает из популяции с геном Gbx2. Различия заложены на уровне хроматина (структуры упаковки ДНК, определяющей доступность генов для считывания): его уникальная конфигурация жестко фиксирует судьбу каждого типа клеток с самого начала. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Neuroscience.
Ранее биологи безуспешно пытались заставить клетки — предшественники передних отделов превращаться в нейроны ствола мозга. Разобравшись в настоящем устройстве органа, ученые впервые смогли вырастить в лаборатории двигательные нервные клетки заднего мозга.
Для этого использовали универсальные стволовые клетки человека, из которых в организме можно сформировать любую ткань. Выращенные в чашке Петри нейроны продемонстрировали полноценную активность, включая генерацию потенциалов действия — электрических импульсов, с помощью которых нервные клетки передают сигналы.
Эволюционный анализ показал, что эта двойная структура мозга возникла еще 550 миллионов лет назад. Аналогичное разделение ученые обнаружили у кур, рыб данио-рерио и полухордовых червей, а у медуз две независимые нервные системы вовсе разнесены по противоположным концам тела.
Прорыв стэнфордских ученых открывает новые возможности для изучения тяжелых неизлечимых заболеваний, поражающих ствол мозга, таких как боковой амиотрофический склероз и спинальная мышечная атрофия. Кроме того, создание ткани заднего мозга в лаборатории поможет в разработке препаратов от ожирения, поскольку именно этот отдел управляет чувством голода.
Автор: Марк Чернов