Newswise — Zewnętrzna warstwa ludzkiego mózgu lub kory mózgowej, charakteryzująca się charakterystycznymi zakrętami i bruzdami (te charakterystyczne grzbiety i bruzdy), kontroluje funkcje poznawcze i wykonawcze, od świadomego myślenia, poprzez mowę, aż po kontrolę emocjonalną.

Kora mózgowa składa się z ponad 10 miliardów komórek i ponad 100 bilionów połączeń, warstwy istoty szarej o grubości zaledwie pięciu milimetrów – trochę mniej niż trzy ułożone ćwiartki.

Większość zwierząt z dużymi mózgami wykazuje fałdowanie korowe, co pozwala na zagęszczenie bardzo dużego obszaru tkanki kory mózgowej (około 2,6 stopy kwadratowej) wewnątrz czaszki. Im bardziej korowe fałdowanie, tym bardziej zaawansowane i złożone funkcje poznawcze gatunku. Niższe gatunki, takie jak myszy i szczury, mają mniejsze mózgi o gładkiej powierzchni; gatunki wyższego rzędu, takie jak słonie, morświny i małpy człekokształtne, wykazują różne stopnie gyryfikacji lub fałdowania kory mózgowej. Ludzie posiadają jedne z najbardziej pomarszczonych mózgów, co jest uważane za wskaźnik zaawansowanej ewolucji.

Jednak u niektórych ludzi nadmierne fałdowanie kory mózgowej nie wiąże się z większymi zdolnościami poznawczymi, ale wręcz przeciwnie i wiąże się z opóźnieniem rozwoju neurorozwojowego, niepełnosprawnością intelektualną i napadami padaczkowymi. Geny kontrolujące to fałdowanie są w większości nieznane.

Pisząc w numerze z 16 stycznia 2023 r PNASnaukowcy z University of California San Diego School of Medicine i Rady Children’s Institute for Genomic Medicine opisują nowe odkrycia, które pogłębiają zrozumienie ludzkiej gyryfikacji.

Międzynarodowe konsorcjum naukowców o nazwie Neurogenetics Consortium, kierowane przez starszego autora badań Josepha Gleesona, Rady Professor of Neuroscience w UC San Diego School of Medicine i dyrektora badań neurologicznych w Rady Children’s Institute for Genomic Medicine, przeprowadziło analizę genomową prawie 10 000 rodzin z dziecięcymi chorobami mózgu w ciągu 10 lat w poszukiwaniu nowych przyczyn chorób.

„W naszej kohorcie znaleźliśmy cztery rodziny ze stanem zwanym polimikrogyrią, co oznacza zbyt wiele zakrętów, które są zbyt ciasno upakowane” – powiedział Gleeson. „Do niedawna większość szpitali leczących pacjentów z tą chorobą nie przeprowadzała testów na przyczyny genetyczne. Konsorcjum było w stanie przeanalizować wszystkie cztery rodziny razem, co pomogło nam odkryć przyczynę tego stanu”.

Konkretnie, wszystkie cztery rodziny wykazywały mutacje w genie zwanym białkiem transbłonowym 161B (TMEM161B), który wytwarza białko o nieznanej wcześniej funkcji na powierzchni komórek.

„Kiedy zidentyfikowaliśmy TMEM161B jako przyczynę, postanowiliśmy zrozumieć, w jaki sposób dochodzi do nadmiernego fałdowania” – powiedział pierwszy autor dr Lu Wang, doktor habilitowany w laboratorium Gleeson. „Odkryliśmy, że białko kontroluje szkielet komórkowy i polaryzację, a te kontrolują fałdowanie”.

Używając komórek macierzystych pochodzących z próbek skóry pacjentów i zmodyfikowanych myszy, naukowcy zidentyfikowali defekty w interakcjach komórek nerwowych na wczesnym etapie embriogenezy.

„Odkryliśmy, że gen jest niezbędny i wystarczający do zmian cytoszkieletu wymaganych do interakcji między komórkami nerwowymi” – powiedział Wang. „Interesujące było to, że gen pojawił się po raz pierwszy w ewolucji u gąbek, które nawet nie mają mózgu, więc najwyraźniej białko musi pełnić inne funkcje. Tutaj odkryliśmy kluczową rolę w regulowaniu liczby fałd w ludzkim mózgu.

Autorzy badania podkreślili, że odkrycia genetyczne są ważne, ponieważ wskazują przyczyny chorób u ludzi, ale odkrycia te mogą zająć wiele lat, zanim przekształcą się w nowe metody leczenia.

„Mamy nadzieję, że lekarze i naukowcy będą mogli rozszerzyć nasze wyniki, aby poprawić diagnostykę i opiekę nad pacjentami z chorobami mózgu” – powiedział Gleeson.

Współautorami są: Caleb Heffner i Stephen A. Murray, Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME; Keng loi Vonga, David Siverta i Swapnil Mittala, Rady Dziecięcy Instytut Medycyny Genomicznej; Chelsea Barrows, Sangmoon Lee, Ishani Jhamb, UC San Diego i Rady Dziecięcy Instytut Medycyny Genomicznej; Yoo-Jin Haa, Uniwersytet Yonsei, Seul; Pablo Lara-Gonzalez, UC Irvine; Dennis Van Der Meer, Nadine Parker i Ole A. Andreassen, Uniwersytet w Oslo; Robert Loughnan, UC San Diego; Mahmoud Y. Issa i Maha S. Zakih, Narodowe Centrum Badawcze, Kair; Anders Dale, UC San Diego i Uniwersytet w Oslo; i Williama B. Dobynsa z University of Minnesota.

Finansowanie tych badań pochodziło częściowo z National Institutes of Health NIH/NINDS Pathway to Independence (grant 1K99NS125106-01A1), CIRM Training Grant Postdoc Award (EDUC4-12804) i BBRF (grant 28771), Rady Children’s Hospital Neuroscience Endowment , UC San Diego Microscopy Core (grant NINDS P30NS047101) i granty NIH (UL1TR001442, X01HG011360, NIH X01HD100698, UM1HG008900, OD030187, CA034196) oraz grant CIRM (IT1-06611).

# # #