Zinātnieki ir atklājuši galveno proteīnu, kas ir atbildīgs par smadzeņu asimetriju

Genētiskie mehānismi, kas ir smadzeņu unikālo kreiso un labo atšķirību pamatā, tagad ir labāk izprotami, izmantojot jaunus pētījumus, tādējādi paverot ceļu labākai izpratnei par cilvēka traucējumiem, kas saistīti ar smadzeņu asimetriju.

Pētnieki no UCL, Wellcome Sanger institūta, Oksfordas universitātes un citi līdzstrādnieki ir norādījuši, ka proteīnam, ko sauc par Cachd1, ir galvenā loma, veidojot atšķirīgu nervu struktūru un funkcijas katrā smadzeņu pusē. Pētījums tika publicēts izdevumā Science.

Veicot ģenētiskus eksperimentus ar zebraziviem, pētnieki atklāja, ka tad, kad notiek Cachd1 mutācija, smadzeņu labā puse zaudē savu normālo asimetrisko attīstību un kļūst par kreisās puses spoguļattēlu. Šis traucējums izraisa nenormālus nervu savienojumus, kas ietekmē smadzeņu darbību.

Šis atklājums atklāj smadzeņu asimetrijas pamatā esošos ģenētiskos mehānismus — parādību, kas novērota daudzām dzīvnieku sugām, tostarp cilvēkiem. Izprotot šos procesus, var labāk izprast cilvēku traucējumus, kuru gadījumā tiek traucēta smadzeņu asimetrija, piemēram, šizofrēniju, Alcheimera slimību un autisma spektra traucējumiem.

Neskatoties uz to spoguļa anatomiju, cilvēka smadzeņu kreisajā un labajā puslodē ir funkcionālas atšķirības, kas ietekmē nervu savienojumus un kognitīvos procesus, piemēram, valodu. Joprojām ir slikti saprotams, kā rodas šīs kreisās un labās puses atšķirības neironu shēmās.

Izmantojot zebrazi, kas ir labi zināms paraugorganisms smadzeņu attīstības pētīšanai, pateicoties to caurspīdīgajiem embrijiem, pētnieki nolēma izpētīt, kā Cachd1 varētu ietekmēt smadzeņu asimetriju.

Komanda atklāja, ka, mutējot Cachd1, smadzeņu reģions, ko sauc par habenulu, zaudē savu parasto kreisās un labās puses atšķirību. Labās puses neironi kļūst līdzīgi kreisās puses neironiem, izjaucot neironu savienojumus habenulā un, iespējams, ietekmējot tās darbību.

Cachd1 iznīcināšana, izmantojot morfolinosus, rada divpusēju simetriju. (A-B) Muguras skats 4 dienas pēc neinjicētu savvaļas tipu un cachd1 morfolino injicētu kāpuru apaugļošanas pēc pilnīgas in situ hibridizācijas, izmantojot antisensu ribozondes pret asimetriskiem muguras habenula marķieriem kctd12.1. (C) Puskvantitatīvā RT-PCR cachd1 transkriptiem. Avots: Zinātne (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Proteīnu saistīšanās eksperimenti ir parādījuši, ka Cachd1 saistās ar diviem receptoriem, kas ļauj šūnām sazināties, izmantojot Wnt signālu ceļu, kas ir viens no visintensīvāk pētītajiem šūnu komunikācijas ceļiem, kam ir svarīga loma agrīnā attīstībā, cilmes šūnu veidošanā un daudzās slimībās.

Turklāt šķiet, ka Cachd1 ietekme ir specifiska smadzeņu labajā pusē, kas liecina par nezināma inhibējoša faktora klātbūtni, kas ierobežo tā darbību kreisajā pusē. Lai gan pilnīga informācija vēl nav noskaidrota, pierādījumi pārliecinoši liecina, ka Cachd1 ir galvenā loma, nosakot atšķirību starp jaunattīstības smadzeņu kreiso un labo pusi, regulējot šūnu saziņu tieši labajā pusē.

Turpmākajos pētījumos tiks pārbaudīts, vai Cachd1 ir citas svarīgas funkcijas, kas saistītas ar Wnt ceļu.

“Šis bija ļoti sadarbības projekts, kas guva lielu labumu no starpdisciplināras pieejas — ģenētika, bioķīmija un strukturālā bioloģija apvienojās, lai labāk izprastu kreiso un labo asimetriju smadzenēs, kā arī noteiktu jaunu nozīmīgs signalizācijas ceļš ar daudzām lomām veselības un slimību jomā,” saka Dr Gerets Pauels, pētījuma līdzautors, bijušais Wellcome Sanger institūta doktorants un tagad UCL Šūnu un attīstības bioloģijas nodaļas loceklis.

“Esmu gandarīts, ka tiek publicēts šis ļoti sadarbīgais pētījums, kurā pulcējās daudzi talantīgi cilvēki ar dažādām zinātniskām interesēm un prasmēm no dažādām iestādēm. Kopā komanda ir ļāvusi mums veikt aizraujošus jaunus atklājumus gan Wnt signalizācijas ceļā, gan smadzeņu asimetrijas attīstībā,” saka profesors Stīvs Vilsons, pētījuma vecākais autors no UCL Šūnu un attīstības bioloģijas katedras.