Людський мозок — це два окремі органи: неочікуване відкриття
Вчені тривалий час розглядали мозок як єдиний орган, що формується з одного пулу ранніх клітин. Проте нейробіолог Кайл Ло зі Стенфордського університету та його колеги кидають виклик цьому класичному погляду. Вони стверджують, що людський мозок — це дві окремі нервові системи, які еволюціонували незалежно одна від одної та об'єдналися протягом сотень мільйонів років.
Це епохальне відкриття не лише пояснює, чому десятиліттями не вдавалося виростити певні типи клітин мозку в лабораторії, але й відкриває нові шляхи для вивчення руйнівних захворювань, що вражають задній мозок, таких як спінальна м'язова атрофія (СМА) та бічний аміотрофічний склероз (БАС, відомий як хвороба Лу Геріга).
Дві різні нервові системи в одному тілі
У своєму дослідженні, опублікованому в журналі Nature Neuroscience, доктор Ло та його співавтори виявили ключову відмінність між відділами нашого головного центру управління:
- Передній та середній мозок, які відповідають за мову, мислення та свідомість, походять від однієї клітини-попередника.
- Задній мозок, який контролює дихання, серцебиття, сон, відчуття голоду, а також м'язи, що використовуються під час розмови та ковтання, формується з абсолютно іншої клітини.
Працюючи з ембріонами мишей, дослідники ідентифікували дві популяції клітин, які ніколи не перетинаються. Їх можна чітко розрізнити за експресією генів Otx2 та Gbx2. Ці клітини мають різну конфігурацію хроматину — «пакування», яке визначає, до яких саме генів клітина матиме доступ у процесі свого розвитку.
Прорив у вирощуванні нейронів
«Ми вперше довели, що передня частина мозку виникає з абсолютно іншої клітини-попередника, ніж задня, — зазначає доктор Ло. — Наше відкриття означає, що тепер ми можемо вирощувати нейрони із заднього мозку в чашці Петрі та детально вивчати їхні функції».
Вченим вже вдалося успішно перетворити плюрипотентні стовбурові клітини людини на функціональні рухові нейрони заднього мозку в лабораторних умовах. Ці вирощені клітини продемонстрували всі ознаки справжніх: вони генерували хвилі електричної активності (потенціали дії) та виробляли білки, характерні для тих сегментів, що контролюють лицьові та ковтальні м'язи.
Співавтор дослідження Райян Джохай пояснює, що попередні невдалі спроби створити нейрони заднього мозку, ймовірно, були пов'язані з тим, що вчені намагалися «змусити» попередників переднього мозку перетворитися на клітини заднього.
«Це відкриття пояснює десятиліття розчарувань у цій галузі — вчені намагалися перетворити один тип клітин-попередників на інший, хоча він фундаментально нездатний ним стати», — наголошує Джохай. За його словами, у біології стовбурових клітин дослідники часто зациклюються на створенні кінцевого типу клітини, наприклад нейрона, забуваючи про критичну важливість найбільш ранніх стадій ембріонального розвитку.
Перспективи лікування та еволюційна спадщина
Саме увага до ранніх стадій дозволила дослідникам виявити цей фундаментальний розкол. Відкриття має колосальне значення для пошуку методів лікування СМА, БАС та інших станів, що вражають стовбур мозку. Тепер у науки є дієва модель для глибшого розуміння цих хвороб і цілеспрямованої розробки регенеративної терапії.
Цікаво, що автори виявили такий самий «двоїстий» патерн походження мозку у курей, рибок даніо-реріо та кишководишних (напівхордових).
«Наше дослідження свідчить про те, що еволюція взяла дві існуючі нервові системи та просто з'єднала їх просторово, — пояснює доктор Ло. — Мати мозок як єдиний суцільний орган було б, імовірно, ефективніше, але ми покладаємося на цей первозданний спосіб формування мозку з двох окремих частин».
«Мене здивували наші висновки, оскільки саме слово 'мозок' передбачає суміжний орган, який, імовірно, має єдине походження, — додає Джохай. — Але навіть 500 мільйонів років тому існували ці окремі нервові системи, які зараз функціонують практично як одне ціле, і це надзвичайно круто».