Две ранние популяции клеток обозначают будущие области мозга

Ещё до того, как мозг приобретает узнаваемую форму, две группы клеток уже различаются по идентичности и региональной судьбе. Во время гаструляции у мышей учёные обнаружили популяцию, связанную с Otx2 и будущими передним и средним мозгом, а также популяцию, связанную с Gbx2 и задним мозгом. Согласно исследованию, опубликованному в Nature Neuroscience 18 сентября, они появляются одновременно и не перекрываются.

Результат пересматривает последовательность, традиционно используемую для объяснения начала формирования нервной системы. Нейральную эктодерму — эмбриональную ткань, из которой возникнет эта система, — описывали как единую область, разделяющуюся позднее. Новые данные указывают, что важное региональное различие уже можно распознать в двух группах прогениторов — клеток-предшественников, круг возможных потомков которых начал сужаться.

Чтобы проследить это происхождение, команда ввела генетические метки в клетки эмбрионов мышей и наблюдала, где позднее появлялись их потомки. Эта операция связала каждую исходную метку с конечным положением: передняя группа вносила вклад в передний и средний мозг, а задняя формировала части заднего мозга. Таким образом, вывод основан не только на кратковременном присутствии Otx2 или Gbx2, но и на фактически прослеженном пути от эмбриональных клеток к их производным.

Ещё один уровень доказательств дали хроматин — организация ДНК, влияющая на доступность её участков, — и регуляторные механизмы клеток. Две популяции демонстрировали разные состояния, соответствующие различным ограничениям их судеб. Сходная картина у курицы, данио-рерио и желудёвого червя поддержала гипотезу о глубокой эволюционной сохранности; оценка возраста примерно в 550 миллионов лет остаётся сравнительным выводом, а не прямым наблюдением.

Затем исследователи использовали эту региональную карту для планирования эксперимента с плюрипотентными стволовыми клетками человека. Они скорректировали сигналы в культуре так, чтобы способствовать задней идентичности, и получили двигательные нейроны, соответствующие заднему мозгу. Сегментарные маркеры указали на сходство с определёнными участками этой области, а потенциалы действия показали, что полученные клетки способны к электрической активности.

Различение переднего и заднего происхождения даёт инструмент для попыток создавать более точные лабораторные модели заболеваний ствола мозга, однако это преимущество ещё предстоит подтвердить на моделях болезней. Демонстрация на человеческих клетках проводилась только in vitro, а основные данные о клеточных линиях получены у животных. Исследование предлагает пересмотренную карту эмбрионального развития и перспективную экспериментальную стратегию, а не терапию или доказательство клинической пользы.