Zinātnieki atklāj galveno olbaltumvielu, kas atbild par smadzeņu asimetriju

Pateicoties jauniem pētījumiem, tagad ir labāk izprasti ģenētiskie mehānismi, kas ir pamatā unikālām kreisās un labās puses atšķirībām smadzenēs, kas paver ceļu labākai izpratnei par cilvēku traucējumiem, kas saistīti ar patoloģisku smadzeņu asimetriju.

UCL, Wellcome Sanger institūta, Oksfordas Universitātes un citu līdzautoru pētnieki ir atklājuši, ka proteīnam, ko sauc par Cachd1, ir galvenā loma atšķirīgās neironu struktūras un funkcijas veidošanā katrā smadzeņu pusē. Pētījums ir publicēts žurnālā Science.

Veicot ģenētiskus eksperimentus ar zebrafish, pētnieki atklāja, ka Cachd1 mutācijas gadījumā smadzeņu labā puse zaudē savu normālo asimetrisko attīstību un kļūst par kreisās puses spoguļattēlu. Šī slimība izraisa patoloģisku neironu savienojamību, kas ietekmē smadzeņu darbību.

Šis atklājums sniedz ieskatu ģenētiskajos mehānismos, kas ir smadzeņu asimetrijas pamatā — parādībā, kas novērota daudzām dzīvnieku sugām, tostarp cilvēkiem. Šo procesu izpratne varētu palīdzēt labāk izprast cilvēku slimības, kurās tiek traucēta smadzeņu asimetrija, piemēram, šizofrēniju, Alcheimera slimību un autisma spektra traucējumus.

Neskatoties uz to spoguļattēla anatomiju, cilvēka smadzeņu kreisajai un labajai puslodei ir funkcionālas atšķirības, kas ietekmē neironu savienojumus un kognitīvos procesus, piemēram, valodu. Tas, kā rodas šīs kreisās un labās puslodes atšķirības neironu shēmās, joprojām ir vāji izpētīts.

Izmantojot zebrafish — labi pazīstamu modeļa organismu smadzeņu attīstības pētīšanai to caurspīdīgo embriju dēļ —, pētnieki nolēma pētīt, kā Cachd1 varētu ietekmēt smadzeņu asimetriju.

Komanda atklāja, ka Cachd1 mutācijas gadījumā smadzeņu reģions, ko sauc par habenulu, zaudē savu normālo kreisās-labās puses atšķirību. Neironi labajā pusē kļūst līdzīgi neironiem kreisajā pusē, kas izjauc neironu savienojumus habenulā un potenciāli ietekmē tās funkciju.

Cachd1 ekspresijas nomākšana, izmantojot morfolīnus, rada divpusēju simetriju. (AB) Dorsālais skats 4 dienas pēc apaugļošanas neinjicētiem savvaļas tipa un cachd1 morfolīniem injicētiem kāpuriem pēc pilnīgas in situ hibridizācijas, izmantojot antisensu riboprobes pret asimetrisko dorsālo habenula marķieri kctd12.1. (C) Cachd1 transkriptu puskvantitatīva RT-PCR. Avots: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Eksperimenti ar proteīnu saistīšanos parādīja, ka Cachd1 saistās ar diviem receptoriem, kas ļauj šūnām sazināties caur Wnt signalizācijas ceļu, kas ir viens no intensīvāk pētītajiem šūnu komunikācijas ceļiem, kam ir svarīga loma agrīnā attīstībā, cilmes šūnu veidošanā un daudzās slimībās.

Turklāt Cachd1 ietekme, šķiet, ir raksturīga tikai smadzeņu labajai pusei, kas liecina, ka pastāv nezināms inhibējošs faktors, kas ierobežo tā aktivitāti kreisajā pusē. Lai gan visas detaļas vēl nav skaidras, dati stingri liecina, ka Cachd1 ir galvenā loma atšķirības noteikšanā starp attīstošos smadzeņu kreiso un labo pusi, regulējot šūnu komunikāciju tieši labajā pusē.

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

“Šis bija ļoti sadarbības pilns projekts, kas guva lielu labumu no starpdisciplināras pieejas – ģenētika, bioķīmija un strukturālā bioloģija apvienojās, lai labāk izprastu kreisās-labās asimetrijas veidošanos smadzenēs, kā arī identificētu jaunu svarīga signālceļa komponentu ar vairākām lomām veselībā un slimībās,” saka Dr. Garets Pauels, pētījuma līdzautors, bijušais Velkoma Sangera institūta doktorants un tagad UCL Šūnu un attīstības bioloģijas katedras loceklis.

“Esmu sajūsmā par šī ļoti sadarbības pilnā pētījuma publicēšanu, kurā apvienojās daudzi talantīgi cilvēki ar dažādām pētniecības interesēm un prasmēm no dažādiem institūtiem. Kopā šī komanda ir ļāvusi mums veikt aizraujošus jaunus atklājumus gan par Wnt signālceļu, gan par smadzeņu asimetrijas attīstību,” sacīja profesors Stīvs Vilsons, pētījuma vecākais autors un UCL Šūnu un attīstības bioloģijas katedras loceklis.