Исследователи Стэнфордского университета пришли к выводу, что передние и задние отделы головного мозга в ходе эмбрионального развития формируются из разных клеток-предшественников. Работа, опубликованная в журнале Nature Neuroscience, ставит под сомнение упрощённую модель, согласно которой мозг возникает как единая структура с общим происхождением.
Авторы подчёркивают: речь не идёт о том, что у человека буквально два отдельных мозга. Исследование показывает, что два крупных отдела – передний и средний мозг, с одной стороны, и задний мозг, с другой, – запускаются по разным, хотя и параллельным, программам развития на самых ранних стадиях формирования эмбриона.
Разные клетки-предшественники
Головной мозг остаётся одной из наиболее сложных структур человеческого организма. Он состоит из десятков миллиардов нейронов, образующих огромное число связей, и отвечает как за движение и восприятие, так и за мышление, память, эмоции и сознание.
Традиционно передние отделы мозга связывают с высшими когнитивными функциями, а задний мозг – с базовыми процессами, необходимыми для жизни: в частности, с регуляцией дыхания и сердечного ритма. Однако учёные выяснили, что различие между этими областями проявляется значительно раньше, чем считалось прежде.
Команда под руководством доцента кафедры биологии развития Стэнфордского университета Кайла Ло изучила самые ранние этапы развития эмбрионов мыши. Исследователи обнаружили два типа клеток-предшественников: одни в дальнейшем дают начало переднему и среднему мозгу, другие – заднему мозгу.
Эти клеточные линии отличались также особенностями хроматина – комплекса ДНК, РНК и белков, который участвует в упаковке генетического материала и регулирует работу генов. По мнению авторов, именно эти различия направляют клетки по самостоятельным траекториям развития.
«Впервые мы показали, что передняя часть мозга возникает из совершенно другого типа клеток-предшественников, чем задняя», – заявил Кайл Ло.
По его словам, результат позволит выращивать в лаборатории нейроны заднего мозга и исследовать их функции.
Что это даёт медицине
Получать клетки заднего мозга в лабораторных условиях долгое время было трудно. Это ограничивало возможности моделирования заболеваний, затрагивающих данный отдел нервной системы, включая боковой амиотрофический склероз.
Как пояснил один из первых авторов исследования, аспирант Стэнфордского университета Райян Джокхай, прежние подходы, вероятно, пытались преобразовать предшественников переднего и среднего мозга в клетки заднего мозга. Новые данные указывают, что такой путь принципиально ограничен: для получения нужных нейронов необходимо начинать с соответствующей ранней клеточной линии.
Используя этот подход, команда смогла получить двигательные нейроны заднего мозга из плюрипотентных стволовых клеток. Такие клетки способны превращаться в различные типы клеток организма. Методика может стать основой для более точных лабораторных моделей неврологических заболеваний и для проверки потенциальных лекарств.
Эволюционная история
Авторы обнаружили признаки сходного разделения путей развития у других животных — от рыбок данио и кур до желудёвых червей, эволюционно очень далёких от человека. У медуз, которые отделились от линии позвоночных ещё раньше, существуют две нервные системы. На этом основании исследователи предполагают, что в далёком прошлом две нейронные системы могли постепенно сблизиться и объединиться в пределах одного органа.
«Наше исследование предполагает, что эволюция взяла две существующие нейронные системы и пространственно соединила их», — отметил Ло.
По его оценке, единый орган может быть более эффективным, однако современный мозг по-прежнему строится по этой древней схеме из двух частей.
Учёные также допускают, что такое устройство могло дать эволюции дополнительную свободу: при сохранении жизненно важных функций заднего мозга передние отделы могли усложняться, обеспечивая развитие памяти, творчества и других когнитивных способностей.
Мнение редакции
Формула о «двух отдельных органах» звучит эффектно, но точнее говорить о двух древних и различающихся программах развития внутри единого головного мозга. Ценность работы — не в переименовании знакомой анатомии, а в возможности по-новому выращивать нервные клетки и изучать заболевания, для которых до сих пор не хватало адекватных лабораторных моделей. Если результаты подтвердятся в дальнейших исследованиях, они помогут приблизить фундаментальную эмбриологию к практической неврологии.
