Группа американских ученых из Медицинской школы Йельского университета опубликовала в журнале Nature две работы, посвященные молекулярным механизмам, которые играют ключевую роль в развитии префронтальной коры.
В первом исследовании они показали, что в префронтальной коре имеет место градиент ретиноевой кислоты – сигнальной молекулы, участвующей в регуляции развития нейронов в направлении спереди кзади. Во второй работе они продемонстрировали, что специфичное для представителей семейства гоминид увеличенное число дендритных шипиков в префронтальной коре обусловлено повышенной экспрессией гена CBLN2, белковый продукт которого участвует в формировании синапсов.
Поиску различий в организации головного мозга человека и высших приматов по сравнению с другими животными посвящена львиная доля исследований в области нейронаук. За высшие когнитивные функции и сложные социальные взаимодействия, уникальные для человека и его ближайших родственников – приматов, отвечает область коры головного мозга, известная как префронтальная кора. Американские ученые из Медицинской школы Йельского университета опубликовали в Nature сразу две работы, посвященные молекулярным основам развития префронтальной коры.
Благодаря первой работе выяснилось, что у зародыша в формирующемся головном мозге повышена экспрессия генов, связанных с сигнальным каскадом ретиноевой кислоты (биологически активное производное витамина A). Более того, паттерны экспрессии этих генов частично отличались у человека и макаки.
У человека и макаки, но не мыши, концентрация самой ретиноевой кислоты в префронтальной коре образовывала градиент в направлении спереди кзади. Кроме того, исследователи уточнили, что в коре приматов синтез этого вещества идет гораздо активнее, чем у мыши.
В развивающемся мозге ретиноевая кислота взаимодействует с рецепторами RXRG и RARB, а за ее катаболизм отвечает фермент CYP26B1. Как показали эксперименты с мышами, у которых не работали гены, кодирующие перечисленные белки, ретиноевая кислота играет важнейшую роль в разделении префрональной и моторной коры, формировании связей префронтальной коры с таламусом, а также образовании дендритных шипиков у нейронов префронтальной коры.
Второе исследование было посвящено молекулярным особенностям префронтальной коры гоминид. Авторы исследования изучили транскриптомы (совокупности молекул РНК, кодирующих белки) ее нейронов у человека и макаки и показали, что в префронтальной коре в определенный момент развития мозга временно повышается экспрессия гена CBLN2, кодирующего белок церебеллин 2. Этот белок задействован в синаптогенезе (процессе формирования новых синапсов).
Повышение уровня экспрессии CBLN2 происходит одновременно с началом синаптогенеза в формирующемся мозге. Однако уровень экспрессии CBLN2 у человека отличается от такового у макаки на всем протяжении развития мозга. Повышенная активность этого гена приводит к усиленному формированию дендритных шипиков у нейронов префронтальной коры человека.
Оказалось, что уровень экспрессии этого гена во многом зависит от регулирования ретиноевой кислотой. Авторы работы предполагают, что у представителей семейства гоминид и человека в частности экспрессия CBLN2 находится под контролем ретиноевой кислоты, причем повышенная экспрессия этого гена приводит к усиленному спиногенезу – формированию дендритных шипиков.
Текст: Елизавета Минина