Исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружили внутреннюю работу генной сети, которая регулирует развитие спинномозговых мотонейронов у растущих куриных и мышиных эмбрионов. Исследование также отвечает на давний вопрос о том, почему мотонейроны, нервные клетки спинного мозга, которые контролируют движение мышц, формируются намного быстрее, чем другие типы нейронов.
Исследование было опубликовано в журнале PLOS Biology соавтором Беннеттом Новичем, членом Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и сотрудниками из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне, США.K. Это имеет важное значение для облегчения производства мотонейронов из стволовых клеток в лаборатории. Моторные нейроны, полученные из стволовых клеток, могут быть использованы для восстановления больного или поврежденного спинного мозга и для изучения нейродегенеративных заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз (также известный как болезнь Лу Герига) и спинальная мышечная атрофия.
"Это исследование дает беспрецедентно подробное представление о том, как эмбрионы производят различные типы клеток, обнаруженные в зрелом спинном мозге," сказала Нович, профессор нейробиологии Этель Шейбель из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. "Новые экспериментальные методы, которые мы использовали, в сочетании с совместными усилиями биологов и компьютерных ученых, позволяют нам по-новому взглянуть на безупречную точность эмбрионального развития."
Во время эмбрионального развития спинного мозга различные типы нервных клеток образуются из клеток-предшественников, называемых нейральными предшественниками. В течение долгого времени было известно, что разные типы нейронов формируются с разной скоростью во время развития, при этом двигательные нейроны формируются быстрее, чем другие типы нервных клеток, которые населяют спинной мозг. Однако исследователи не знали, почему и как мотонейроны развиваются таким образом.
Исследовательская группа использовала новейшие молекулярные методы, чтобы оценить, как изменяется активность генов по мере формирования нейронов. Это было достигнуто с использованием подхода, называемого профилированием транскрипции отдельных клеток, который позволяет одновременно измерять активность всех генов в отдельных клетках. Это дало команде снимки глобальной активности генов примерно в 200 клетках, которые находились в процессе превращения в моторные нейроны. Чтобы проанализировать эти данные, команда разработала специальное компьютерное программное обеспечение, чтобы реконструировать, как изменяется активность генов при формировании двигательных нейронов.
Анализ показал, что белок, продуцируемый геном Olig2, который экспрессируется только в нейронных предшественниках, которые создают двигательные нейроны, способствует формированию двигательных нейронов, вмешиваясь в активность нескольких членов другого семейства генов – генов Hes. Известно, что гены Hes предотвращают развитие нейронов. Исследователи подтвердили роль Olig2 в стимулировании образования моторных нейронов путем увеличения или блокирования функции Olig2 в спинном мозге развивающихся эмбрионов мыши и курицы, а также во время образования моторных нейронов в эмбриональных стволовых клетках мыши.
"Во время эмбрионального развития нервная система строится в соответствии с точной схемой, при этом ключевые части формируются в определенное время и в определенном месте и с соответствующими числами. Наше исследование проливает свет на то, как этот процесс организован специально для развития двигательных нейронов," сказал Нович.