Если бы скрипки были отобраны у музыкантов, исполняющих 9-ю симфонию Бетховена, получившаяся композиция звучала бы совсем иначе. Если бы скрипки были оставлены на сцене, а скрипачей убрали, была бы слышна та же мутантная версия симфонии.
Но что, если это будет звучать как "Привет, Джуд" вместо?
Такого рода сюрприз – вот что случилось с учеными из Исследовательского института Карилиона в Вирджинии во время того, что они считали рутинным экспериментом в области развития нервной системы. Предыдущие исследования показали, что гликопротеин рилин имеет решающее значение для развития здоровых нейронных сетей. Логично, что устранение двух рецепторов, на которые, как известно, действует рилин на ранних этапах развития мозга, должно вызвать те же пороки развития, что и устранение самого рилина.
Это не.
"Мы провели эксперимент, думая, что увидим одни и те же дефекты в обоих случаях – дефицит рилина и удаление его рецепторов, но мы этого не сделали," сказал Майкл Фокс, доцент исследовательского института и ведущий автор исследования. "Если вы уберете рецепторы вместо целевой молекулы, вы получите совершенно отдельный набор аномалий. Результаты поднимают вопрос об идентичности других молекул, с которыми взаимодействуют рилин и два рецептора."
Исследование, впервые опубликованное в июне в журнале Neural Development, может оказаться полезным для разработки методов лечения и диагностики для борьбы с заболеваниями головного мозга.
На ранних стадиях нервного развития нейроны растут от сетчатки до небольшой части мозга, называемой таламусом. Вся сенсорная информация, поступающая в мозг, проходит через эту область, а затем передается в кору головного мозга для дальнейшей обработки. Поскольку эти нейроны сетчатки несут определенные типы информации, они должны подключаться к определенным местам в таламусе, которые Рилин помогает им находить.
В ходе эксперимента ученые вывели мышей, лишенных обоих рецепторов рилина, которые, как известно, имеют решающее значение для нейронов для навигации по своим целям во время развития. Ученые ожидали, что нейроны мутантов потеряются и не смогут найти свои цели, что и происходит у мышей с дефицитом рилина. Вместо этого нейроны смогли определить местонахождение своих целей, но эти цели отклонились.
Хотя эти результаты были неожиданными, они не были самыми интересными в эксперименте. Хотя большинство нейронов выглядят одинаково для людей без продвинутой подготовки в области нейробиологии, многие разные типы нейронов смешиваются в разных областях со строгими границами. Однако как эти границы формируются, все еще остается открытым вопросом.
"Многие из нас задаются вопросом, как можно получить такую четкую границу между двумя областями мозга," сказал Цзяньминь Су, доцент научно-исследовательского института и первый автор исследования. "Я всегда думал, что большое количество клеток создает какой-то сигнал или среду, но этот эксперимент показывает не это."
У мышей без рецепторов рилина нейроны из одной части таламуса мигрировали в область, где они не должны были находиться. Несмотря на то, что была потеряна лишь горстка нейронов, они не смешались со своими новыми соседями. Они остались отдельно.
"Результатом является загадочное любопытство, которого никто в лаборатории не ожидал – насколько отчетливыми могут быть эти маленькие области," Фокс сказал. "Как всего несколько клеток создают такой барьер?? Сколько ячеек нужно? Может быть, эти маленькие острова могут научить нас чему-то о том, как создавать границы между более крупными областями функционально похожих ячеек."
Этот эксперимент – не единственный недавний пример Фокса, когда нейроны вторгаются в области, в которых они не должны были находиться. Во втором эксперименте исследователи изучили, как нейроны коры головного мозга соединяются с таламусом на начальных этапах развития.
И нейроны кажутся вежливыми.
Результаты показали, что нейроны коры растут до края части таламуса, предназначенной для передачи зрительных сигналов, называемой дорсальным латеральным коленчатым ядром, но затем останавливаются. Фактически, они остаются в режиме ожидания почти две недели, прежде чем отправиться в регион. Кажется, что они ждут, пока нейроны сетчатки свяжутся, прежде чем начать создавать свои собственные. Если исследователи удаляли глаза хирургическим путем или генетически удаляли клетки сетчатки, соединяющие глаза с таламусом, нейроны коры головного мозга вторгались более чем на неделю раньше, чем предполагалось.
"Оказывается, нейроны коры ждут, пока аксоны сетчатки созреют, и находят наиболее подходящие места для соединения, прежде чем им позволят войти," сказал Фокс. "Аксоны сетчатки играют некоторую обучающую роль в определении времени входа кортикальных аксонов."