Mozak možda nastaje iz dvije odvojene skupine ćelija, tvrde naučnici sa Stanforda

Dugo prihvaćena predstava o tome kako se mozak razvija iz jednog zajedničkog izvora dovedena je u pitanje. Tim istraživača sa Univerziteta Stanford u studiji objavljenoj u septembru u časopisu Nature Neuroscience navodi da mozak zapravo nastaje iz dvije odvojene skupine ćelija koje se tokom razvoja spoje i tako stvore utisak jedinstvenog organa.

Kyle Loh, vanredni profesor razvojne biologije na Stanfordu i koautor studije, objašnjava da mozak izgleda kao jedan organ, ali da njegov prednji i stražnji dio dolaze iz različitih izvora koji se potom "guraju" jedan uz drugi.

Tri regije, dva porijekla

Ljudski mozak dijeli se na prednji, srednji i stražnji mozak. Prednji mozak, u koji spadaju moždane hemisfere, zadužen je za više kognitivne procese poput jezika, planiranja i apstraktnog mišljenja. Srednji mozak čini gornji dio moždanog stabla i služi kao važno čvorište za prijenos osjetilnih informacija i kontrolu pokreta. Stražnji mozak, koji obuhvata donji dio moždanog stabla i druge strukture, također učestvuje u koordinaciji pokreta, ali i u regulaciji disanja, sna i srčanog ritma.

Upravo stražnji mozak naučnicima je dugo bio najteži za proučavanje, između ostalog zato što u laboratoriju nikako nisu uspijevali dobiti funkcionalne neurone tog dijela mozga.

Šta su pokazali eksperimenti na miševima

Da bi razumjeli zašto, Loh i njegovi saradnici posmatrali su rane faze embrionalnog razvoja laboratorijskih miševa, tačnije gastrulaciju, fazu u kojoj se ćelije počinju organizovati u strukture iz kojih će kasnije nastati različiti organi.

Identifikovali su dvije odvojene populacije nezrelih ćelija iz kojih nastaje nervno tkivo, uključujući mozak. U jednoj skupini bio je aktivan gen Otx2, koji usmjerava rani razvoj prednjeg i srednjeg mozga, dok je u drugoj bio aktivan gen Gbx2, uključen u razvoj srednjeg i stražnjeg mozga. Uloga ovih gena bila je poznata i ranije, ali je nova studija pokazala da se oni izražavaju u dvije odvojene ćelijske skupine. Te populacije ostale su razdvojene i tokom daljeg razvoja u zrelo nervno tkivo, bez preklapanja.

Istraživači su analizirali i hromatin, molekularnu strukturu koja pakuje DNK unutar jezgra i pomaže u regulaciji toga koje gene ćelija može koristiti. Utvrdili su da dvije skupine ćelija imaju različitu konfiguraciju hromatina, što dodatno podržava zaključak da slijede odvojene razvojne puteve.

Prema riječima koautora Rayyana Jokhaija, doktoranda u Lohovoj laboratoriji, raniji pokušaji dobijanja neurona stražnjeg mozga vjerovatno su se oslanjali na pokušaj da se prethodnici prednjeg i srednjeg mozga pretvore u ćelije stražnjeg mozga, što ova studija pokazuje da nije moguće.

Put ka istraživanju teških bolesti

Oslanjajući se na nova saznanja, tim je uspio usmjeriti ljudske matične ćelije da se razviju u funkcionalne motorne neurone stražnjeg mozga, koji učestvuju u kontroli pokreta. Te ćelije proizvodile su proteine karakteristične za teško uzgojive regije stražnjeg mozga koje upravljaju mišićima lica i gutanjem.

Kod više neuroloških bolesti, među kojima su spinalna mišićna atrofija i amiotrofična lateralna skleroza, motorni neuroni propadaju, pa pacijenti mogu izgubiti sposobnost da samostalno gutaju, govore i dišu. Loh ističe da žive motorne neurone iz stražnjeg mozga pacijenta nije moguće uzeti kao uzorak i posmatrati kako ih bolest napada, dok uzgoj tih neurona u laboratorijskoj posudi otvara mogućnost da se te bolesti istraže.

Tim planira iskoristiti rezultate za proučavanje ovih bolesti i traženje novih načina liječenja. Autori navode i da bi otkriće moglo rasvijetliti nešto suštinsko o evoluciji kičmenjaka.

Trag star 550 miliona godina

Istraživači su provjerili da li su dva razvojna puta jedinstvena za ljude ili odražavaju mnogo stariji evolucijski obrazac. Pregledali su ranije objavljene podatke o drugim vrstama, među kojima su makaki, zebrice i pilići, i ponovo pronašli dvije odvojene populacije ćelija u kojima su aktivna dva ključna gena. Iste dvije skupine ćelija uočene su čak i kod morskih crva poznatih kao acorn worms, beskičmenjaka čija se evolucijska linija od kičmenjaka odvojila prije oko 550 miliona godina.

Anna Di Cosmo, profesorica biologije na Univerzitetu u Napulju Federico II, koja nije učestvovala u studiji, ocjenjuje da otkriće sa Stanforda pokazuje da je duboko porijeklo mozga kičmenjaka u osnovi modularno te da je razvojno razdvajanje prednje linije, koja obuhvata prednji i srednji mozak, od stražnje linije, odnosno stražnjeg mozga, drevno i može se pratiti daleko u prošlost.

Lohov tim iznosi i spekulaciju da bi ovi razvojni putevi, uočeni još u embrionalnoj fazi, mogli ukazivati na to da su dvije ćelijske populacije nekada pripadale dvama odvojenim nervnim sistemima.