Авторы новой работы, опубликованной в Cell Stem Cell, создали модель, подходящую для изучения того, как развивается мозжечок человека и в нем возникают патологии – функциональные органоиды с клетками Пуркинье.
Используя полученные органоиды, исследователи смогли детально разобраться в развитии основных популяций клеток мозжечка, включая клетки Пуркинье.
Данные о развитии мозжечка человека долгое время ограничивались отсутствием подходящей модели. Американские ученые из Университета Южной Калифорнии смогли создать органоид, полноценно имитирующий мозжечок человека и позволяющий изучить детали развития разных популяций клеток человеческого мозжечка, в том числе клеток Пуркинье.
У всех млекопитающих мозжечок развивается из алярной (дорсальной или «спинной») ламины (пластинки) ромбомера 1 ниже границы заднего и среднего мозга. Ромбомером называют временно отделяющийся сегмент нервной трубки. В состав ромбомера 1 входят две зоны-предшественницы клеток мозжечка, известные как вентрикулярная зона и ромбическая губа.
Из вентрикулярной зоны дифференцируются ГАМКергические нейроны, включая клетки Пуркинье, интернейроны молекулярного, а также глубокое ядро мозжечка. Ромбическая губа дает начало глутаматергическим нейронам, включая гранулярные клетки, униполярные нейроны, известные как клетки-щетки (brush cells), а также возбуждающее ядро мозжечка. Несмотря на то что общая схема развития мозжечка позвоночных изучена неплохо, черты, присущие развивающемуся мозжечку человека, долгое время оставались неизвестны.
Авторы обсуждаемой работы получили органоиды, соответствующие развивающемуся мозгу человека, из многослойной массы индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Чтобы запустить их дифференцировку в клетки мозжечка, ученые одновременно воздействовали на них ингибиторами белков SMAD – белком ноггином и SB431542, а также каноническим активатором сигнального пути Wnt — CHIR-99021. Воздействие этих факторов вызвало дифференцировку стволовых клеток в клетки нейроэктодермы.
На четвертый день был добавлен еще один фактор, FGF8b. Он вызвал появление зоны, из которой дифференцируется мозжечок. Через два месяца клеточная масса стала полноценным органоидом, имитирующим мозг. Органоид имел такую же цитоархтитектонику, как и настоящий мозжечок: послойную структуру, а также наличие связей между возбуждающими и тормозящими нейронами. Оказалось, что в долгоживущих органоидах-мозжечках происходит полноценная дифференцировка клеток Пуркинье, которые по молекулярным и электрофизиологическим параметрам не отличаются от настоящих клеток Пуркинье.
Текст: Елизавета Минина