Учёные нашли у мозга два пути развития
Передний и средний мозг и задний мозг, похоже, расходятся по разным клеточным линиям ещё на гаструляции.
Мозг взрослого человека выглядит единым органом, но его ранняя история может начинаться не с одной общей популяции клеток. Команда Стэнфорда проследила судьбу клеток у мышиных эмбрионов и обнаружила два набора предшественников, которые появляются одновременно на стадии гаструляции — когда у зародыша только формируется общий план тела.
Одна линия, обозначаемая как передняя нейральная эктодерма, несёт активность гена Otx2 и даёт начало переднему и среднему мозгу. Другая, задняя нейральная эктодерма, связана с Gbx2 и формирует задний мозг. При мечении клеток исследователи увидели, что потомки второй группы оставались в задних отделах и не переходили в передние. Анализ хроматина тоже показал разные настройки доступности генов ещё до появления зрелых нейронов.
«Мозг — один орган, но он строится из двух разных частей, которые соединяются и работают вместе», — объясняет руководитель работы, биолог развития Кайл Ло. В самой статье формулировка осторожнее: авторы называют мозг составным органом, происходящим из двух ограниченных по судьбе клеточных линий.
Проверку продолжили на человеческих плюрипотентных стволовых клетках. Когда их направляли сначала в переднюю или заднюю нейральную эктодерму, дальнейшая судьба уже была сильно ограничена: первая линия давала клетки переднего и среднего мозга, вторая — заднего. Это позволило получить в лаборатории моторные нейроны участков заднего мозга, которые прежде было трудно выращивать стабильно.
Именно практическая часть может оказаться важнее громкой формулы о «двух мозгах». Такие моторные нейроны участвуют в управлении мышцами лица, языка и глотки. Их поражение имеет значение при спинальной мышечной атрофии и боковом амиотрофическом склерозе, поэтому более точная клеточная модель может помочь изучать механизмы этих заболеваний и проверять потенциальные методы терапии.
Авторы также искали похожее разделение у других животных. Сходные молекулярные границы обнаружены у кур, рыб данио и желудевых червей. Последняя группа особенно важна: общий предок позвоночных и желудевых червей жил более 550 миллионов лет назад. Отсюда возникает гипотеза, что две параллельные программы нервной системы очень древние и эволюция не создала весь мозг из одной исходной схемы.
Но превращать результат в утверждение, будто у человека «два отдельных мозга», рано. Nature отдельно отмечает, что не все специалисты принимают вывод о полностью непересекающихся клеточных линиях. Нейробиолог Алекс Поллен из Калифорнийского университета в Сан-Франциско считает, что работа убедительно показывает раннее ограничение судеб переднего и заднего мозга, но происхождение некоторых структур, включая мозжечок, требует дальнейшего изучения. Агнете Киркебю из Копенгагенского университета, напротив, говорит, что вывод хорошо согласуется с результатами её группы на моделях из человеческих стволовых клеток.
Есть и ещё одна оговорка самих авторов: эксперимент не может полностью исключить очень короткую раннюю стадию, на которой общий предшественник всё же существует, но оказался пропущен. Поэтому наиболее точный вывод сегодня звучит так: развитие переднего/среднего и заднего мозга разделяется чрезвычайно рано и идёт по двум параллельным клеточным маршрутам.
СОВЕТ ОТ РЕДАКЦИИ
В этой работе интереснее не броская фраза «мозг состоит из двух органов», а то, что происхождение клетки заранее ограничивает её дальнейшие возможности. Для биологии развития и выращивания нейронов в лаборатории это меняет не образ мозга, а сам маршрут к нужному типу клетки.
Фото: редакция ИЗНАНКИ.
