В ассемблоидах контакт с таламусом меняет судьбу клеток, строящих кору мозга

Еще до передачи сенсорных сигналов в кору таламус, по-видимому, участвует в выборе клеток, которые сформируют эту область. В исследовании, опубликованном в Science 3 сентября, таламические проекции вступали в контакт со стволовыми клетками человеческой коры и меняли состав их потомства. В экспериментальной модели такой контакт способствовал образованию возбуждающих нейронов, особенно нейронов верхних слоев коры. Тем самым роль таламуса переносится с этапа соединения уже готовых нейронов на более ранний период, когда клеточный состав еще определяется.

Команда Claudia Nguyen и Aparna Bhaduri по отдельности вырастила из человеческих стволовых клеток органоиды, представлявшие таламус и кору. Примерно через три недели после начала развития исследователи соединили по одному органоиду каждого типа. В полученном ассемблоиде таламические аксоны могли расти к корковой ткани. Клеточная визуализация и секвенирование РНК одиночных ядер позволили проследить сближение областей и установить типы возникших клеток. Сравнения обеспечили культуры одной коры, последующее разделение половин и генетические изменения.

Аксоны из таламуса не просто достигали нейронов. Они непосредственно касались наружной радиальной глии — популяции клеток-предшественников, многочисленной в коре приматов и связанной с расширением ее верхних слоев. Ассемблоиды с таламическим входом производили больше возбуждающих нейронов, чем контрольные корковые культуры, особенно клеток верхних слоев. Команда увидела тот же интерфейс в первичной ткани человеческой коры, что подтверждает существование контакта за пределами органоида, хотя причинные манипуляции проводились в культуре.

Механизм сошелся на NRXN1 — гене нейрексина 1, белка клеточной адгезии, наиболее известного участием в организации связей между нейронами. Нарушение NRXN1 в таламических нейронах уменьшало число их контактов с наружной радиальной глией и ослабляло образование корковых нейронов верхних слоев. Доступные открытые источники не сообщают число ассемблоидов в каждой группе, численную величину роста нейрогенеза или интервалы неопределенности. Они показывают направление эффекта, но не позволяют оценить здесь его размер и изменчивость.

Удаление таламического входа, разрыв контакта и изменение NRXN1 вместе поддерживают причинную связь внутри ассемблоида: аксон выступает частью среды, направляющей решение клетки-предшественника. Это не означает, что таламус единолично определяет архитектуру коры. Органоиды не воспроизводят полностью кровообращение, клеточное разнообразие и историю сигналов мозга плода. Исследователи считают вероятным, но не окончательно доказанным, что такого специфического контакта у грызунов нет.

Варианты NRXN1 ранее связывали с нарушениями нейроразвития, включая аутизм, однако эксперимент не измерял симптомы и не установил единственный клинический путь. Его вывод уже и точнее: существует ранняя, наблюдаемая и доступная генетическим манипуляциям точка контакта между прибывающей областью мозга и клеткой, еще выбирающей свою судьбу. Когда эта встреча происходит в развитии человека и каков ее вклад в окончательный состав коры, теперь можно проверять экспериментально, а не только выводить из анатомии.