Мозок розвивається з двох клітинних систем: що це змінює для науки й освіти

Мозок людини та інших тварин розвивається не з однієї універсальної групи клітин, а з двох паралельних систем клітин-попередників. Про це йдеться в дослідженні, опублікованому в Nature Neuroscience.

Науковці простежили розвиток мозку мишей на етапі гаструляції — одному з найперших етапів формування ембріона. Уже тоді одночасно виникають два типи клітин-попередників нервової тканини. Перший тип, який дослідники називають передньою нейроектодермою, згодом дає початок передньому та середньому мозку. Другий — задня нейроектодерма — формує задній мозок.

Це означає, що різні відділи мозку не просто поступово відокремлюються від спільної групи клітин. Вони від самого початку мають різне клітинне походження.

Схему перевірили й на людських клітинах. Дослідники використали людські плюрипотентні стовбурові клітини, які здатні перетворюватися на різні типи клітин організму, і спрямували їх двома шляхами — до клітин переднього та середнього мозку або до клітин заднього мозку. Ще до перетворення на зрілі нервові клітини ці клітини мали різні молекулярні характеристики.

Важливий практичний результат: з людських стовбурових клітин вдалося отримати моторні нейрони заднього мозку. Раніше такі клітини було складно вирощувати в лабораторії, а новий підхід може спростити дослідження захворювань, пов’язаних із мозковим стовбуром.

Відрізняються й генетичні програми двох груп клітин. Клітини, з яких розвиваються передній і середній мозок, експресують ген Otx2, тоді як майбутні клітини заднього мозку характеризуються активністю Gbx2. Різниться і те, як упакована ДНК: хроматинові ландшафти цих клітин мають різну структуру.

Автори припускають, що ця особливість може частково пояснювати невдалі спроби виростити певні клітини заднього мозку в лабораторії: дослідники могли починати не з того типу клітин-попередників.

Окрема частина роботи стосується еволюції. Науковці перевірили ембріони кількох видів тварин — зокрема мавп, курей, рибок даніо та жолудевих червів — і виявили схожу двокомпонентну схему розвитку нервової системи. Ці види мають спільного далекого предка, а їхні еволюційні лінії розійшлися приблизно 550 мільйонів років тому. Тому дослідники припускають, що два типи клітин-попередників могли бути частиною плану розвитку нервової системи протягом сотень мільйонів років.

Водночас учені застерігають від надто буквального трактування результатів. Дослідження показує, що мозок розвивається з двох різних клітинних систем, але поки не доводить, що ці системи колись існували як два окремі органи або незалежно еволюціонували. На думку авторів, мозок сучасних тварин можна розглядати як єдиний орган, який виникає з двох давніх ліній клітин-попередників. Як саме ці системи сформувалися в ході еволюції та чому зрештою об’єдналися, залишається питанням для майбутніх досліджень.

Що це означає для батьків і студентів. Ідеться передусім про фундаментальну науку, а не про зміни в навчальних програмах чи медичних рекомендаціях. Для студентів біологічних, медичних і нейронаукових спеціальностей ця робота показує, наскільки важливо враховувати походження клітин у дослідженнях: навіть на ранніх етапах розвитку клітини вже різні, і це впливає на результати експериментів.

Для батьків тут немає практичних порад щодо виховання чи здоров’я дитини. Але такі відкриття поступово змінюють розуміння того, як формується нервова система, а отже — і підходи до вивчення її захворювань у майбутньому.

Підсумок. Мозок розвивається з двох давніх ліній клітин-попередників, і ця схема простежується як у мишей та людини, так і в інших тварин. Нові знання вже допомагають вирощувати в лабораторії клітини, які раніше давалися складно, але питання про те, як і чому ці дві системи об’єдналися в один орган, залишається відкритим.