Органоиды таламуса и коры головного мозга. Источник: ScienceDaily
Два новых исследования раскрыли механизмы, которые помогают радиальной глии — особому типу стволовых клеток — формировать развивающийся человеческий мозг. Эти клетки создают значительную часть нейронов и поддерживающих клеток коры, отвечающей за мышление, память и речь. Учёные установили, что на решения радиальной глии влияют как обмен веществ, так и физические сигналы из других отделов мозга.
Работы, опубликованные в журналах Cell и Science, провели исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. В первом исследовании специалисты составили подробную карту обмена веществ в развивающейся коре, изучив донорские ткани и органоиды мозга, выращенные из стволовых клеток. Выяснилось, что метаболические процессы не просто обеспечивают клетки энергией, а непосредственно участвуют в выборе их дальнейшей специализации.
Радиальная глия активно использует пентозофосфатный путь — процесс переработки глюкозы, который обеспечивает быстро делящиеся клетки необходимыми веществами. Когда учёные уменьшали доступное количество глюкозы или нарушали работу этого пути, стволовые клетки начинали производить больше тормозных нейронов и других клеток, обычно появляющихся на более поздних этапах развития. По словам Апарны Бхадури, полученные данные могут помочь изучить влияние питания матери, нарушений обмена веществ и других внешних факторов на формирование мозга.
Вторая работа была посвящена сигналам таламуса — глубинной структуры мозга, передающей информацию между отделами нервной системы. Исследователи использовали ассемблоиды, созданные из человеческих стволовых клеток, и обнаружили, что отростки таламических нейронов ещё на раннем этапе развития физически контактируют с радиальной глией. Это взаимодействие заставляет стволовые клетки производить больше возбуждающих нейронов, особенно клеток верхних слоёв коры, которые сильнее развиты у человека.
Учёные связали обнаруженный механизм с геном NRXN1, участвующим в формировании контактов между нейронами. Мутации этого гена ранее связывали с расстройствами аутистического спектра. В моделях, созданных из клеток пациентов с мутацией NRXN1, таламические сигналы изменялись, что влияло на соотношение между количеством стволовых клеток и образуемых ими нейронов.
Обе работы показывают, что радиальная глия принимает решения не изолированно, а постоянно реагирует на окружающую среду. Органоиды мозга позволили воспроизвести важные особенности развития человеческой коры и изучить процессы, которые трудно исследовать только на животных моделях. Авторы считают, что результаты помогут лучше понять нормальное развитие мозга, причины повышенной уязвимости к заболеваниям и возможную роль схожих программ стволовых клеток в опухолях мозга.