Исследование под руководством специалистов Stanford Medicine показало, что человеческий мозг может иметь не единое, а двойное происхождение. Учёные пришли к выводу, что его передний и задний отделы формируются из разных популяций клеток-предшественников. Эти системы возникли независимо друг от друга более 500 млн лет назад.
Ранее считалось, что передний, средний и задний мозг развиваются из одной исходной группы клеток. Однако эксперименты на эмбрионах мышей выявили два самостоятельных пути. Клетки с геном Otx2 формируют передний и средний мозг, а клетки с геном Gbx2 дают начало заднему мозгу, который также называют стволом мозга.
Различия проявляются уже на ранних этапах эмбрионального развития, во время гаструляции. Исследователи обнаружили, что соответствующие участки нервной эктодермы имеют разную структуру хроматина — материала, регулирующего доступ клеток к генам. Эти особенности с самого начала закрепляют за клетками разные направления развития.
«Мы впервые показали, что передняя часть мозга возникает из совершенно другой клетки-предшественника, чем задняя часть мозга», — сказал старший автор работы, доцент кафедры биологии развития Кайл Ло. По его словам, открытие позволило вырастить в лаборатории нейроны заднего мозга и изучить их функции. Результаты исследования будут опубликованы 18 сентября в журнале Nature Neuroscience; первыми авторами стали аспиранты Кэролайн Дандес и Райян Джохай.
Команда также впервые направила человеческие плюрипотентные стволовые клетки, способные превращаться в разные типы клеток организма, в функциональные двигательные нейроны заднего мозга. Полученные клетки создавали электрические импульсы и вырабатывали белки, характерные для областей, управляющих мышцами лица и глотки. Как пояснил Джохай, прежние попытки могли быть безуспешными, поскольку исследователи пытались превратить предшественники переднего и среднего мозга в клетки, к которым они изначально не были способны перейти.
Следы такого разделения учёные обнаружили у кур, рыбок данио-рерио и даже у желудевых червей, изучив более 550 млн лет эволюции. Медузы, отделившиеся от общей с человеком линии примерно 600–700 млн лет назад, также имеют две нервные системы на разных концах тела. Новая модель может помочь изучать спинальную мышечную атрофию (СМА) и боковой амиотрофический склероз (БАС, или болезнь Лу Герига), поскольку выращенные нейроны заднего мозга позволят исследовать повреждения без получения образцов тканей у живых пациентов; об исследовании сообщило издание ScienceDaily.