Streszczenie: Naukowcy stworzyli atlas szczegółowo opisujący wczesny rozwój genetyczny mózgu od 6. do 13. tygodnia rozwoju embrionalnego. Ta nowatorska praca oferuje kompleksowy obraz regulacji genów w różnych obszarach mózgu, wykraczając poza wcześniejsze badania, które skupiały się głównie na korze mózgowej.

Oczekuje się, że atlas pomoże w zrozumieniu błędów rozwojowych prowadzących do nowotworów mózgu u dzieci i może pomóc w opracowaniu ukierunkowanych terapii. Dodatkowo badanie jest częścią szerszego projektu „Human Developmental Cell Atlas”, którego celem jest mapowanie rozwoju genetycznego różnych narządów.

Kluczowe fakty:

1. Rozbudowane mapowanie mózgu: Atlas zawiera szczegółową mapę aktywacji genów i rozwoju komórek w mózgu we wczesnych stadiach embrionalnych.
2. Potencjalne zastosowania kliniczne: Wnioski zawarte w tym atlasie są wykorzystywane do badania i zrozumienia przyczyn raka mózgu u dzieci, co może potencjalnie prowadzić do nowych strategii terapeutycznych.
3. Wspólny wysiłek badawczy: Badania te stanowią część większego wysiłku, finansowanego przez wybitne fundacje, mającego na celu stworzenie kompleksowych atlasów komórkowych dla wielu narządów, co pomoże nam lepiej zrozumieć rozwój człowieka i choroby.

Źródło: Instytut Karolinska

W artykule opublikowanym w Naturabadacze z Karolinska Institutet przedstawiają atlas wczesnego rozwoju mózgu.

Atlas można wykorzystać między innymi do sprawdzenia, co poszło nie tak w rozwoju guzów mózgu u dzieci, a także do znalezienia nowych metod leczenia.

Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Karolinska Institutet zmapował wczesny rozwój genetyczny mózgu i może teraz zaprezentować atlas rozwoju embrionalnego między 6 a 13 tygodniem.

„To pierwsze kompleksowe badanie rozwoju mózgu ze szczególnym uwzględnieniem regulacji genów. Poprzednie badania prawie zawsze skupiały się na korze mózgowej. Nasze badanie polega na systematycznym mapowaniu całego mózgu, tak aby można było porównać wszystkie regiony ze sobą” – mówi Sten Linnarsson, profesor biologii układów molekularnych na Wydziale Biochemii Medycznej i Biofizyki w Karolinska Institutet oraz kierownik badań.

Kiedy mózg zaczyna się rozwijać we wczesnym zarodku, zaczyna się od czegoś w rodzaju rurki, której ścianki rozwiną się w mózg, a wypełniony płynem środek rurki stanie się komorami, wnęką mózgu.

Pomiędzy 6 a 13 tygodniem ciąży następuje szybka specjalizacja komórek w ściankach jajowodu. Dzieje się to poprzez bardzo złożoną reakcję kaskadową, podczas której wydzielane są substancje, które powodują określony rozwój pierwszych komórek. Komórki te następnie wydzielają dodatkowe sygnały, które kontrolują kolejny etap rozwoju komórki i tak dalej.

Sygnały aktywują geny wytwarzające białka specjalizujące się w różnych typach komórek, a także działają jako nowe sygnały.

„Badaliśmy proces, w jaki sposób, w jakiej kolejności i w jakim typie komórek geny są aktywowane podczas procesu tworzenia mózgu. Chcieliśmy prześledzić proces od DNA do RNA i białka na każdym etapie” – mówi Sten Linnarsson.

Badania przeprowadzono metodą pozwalającą na pomiar zarówno aktywnych regionów DNA, jak i utworzonych nici RNA w poszczególnych komórkach. Następnie badacze ułożyli puzzle i mogą teraz przedstawić mapę jej działania.

Badania są częścią większego szwedzkiego projektu „Human Developmental Cell Atlas”, w ramach którego kilka grup badawczych badało rozwój genetyczny mózgu, serca, płuc i tak dalej. Badania w ramach projektu postępują obecnie, a naukowcy korzystają z map, aby znaleźć odpowiedzi na pytanie, co poszło nie tak w przypadku choroby.

„Obecnie badamy początek raka mózgu u dzieci. Na szczęście jest to choroba rzadka, ale spośród różnych chorób prowadzących do śmierci u dzieci jest jedną z najpowszechniejszych.

„Badamy nowotwory powstające podczas rozwoju mózgu embrionalnego i korzystając z atlasu, próbujemy zrozumieć mechanizmy prawidłowego rozwoju, które przebiegają nieprawidłowo, oraz sposób, w jaki wpływa to na powstawanie i wzrost guzów” – mówi Sten Linnarsson.

Finansowanie: Badania zostały sfinansowane przez Fundację Rodziny Erling-Persson, Fundację Knuta i Alice Wallenbergów, Szwedzką Fundację Badań Strategicznych oraz EC Horyzont 2020. Sten Linnarsson jest doradcą naukowym Moleculent, Combigene i Centrum Doskonałości w Immunoterapii Uniwersytetu w Oslo. On i pierwszy autor Camiel Mannens są także udziałowcami firmy EEL Transcriptomics AB, która posiada prawa własności intelektualnej do EEL-FISH.

O tym aktualności z badań nad genetyką i neurorozwojem

Autor: Stena Linnarssona
Źródło: Instytut Karolinska
Kontakt: Sten Linnarsson – Instytut Karolinska
Obraz: Zdjęcie przypisuje się Neuroscience News

Orginalne badania: Otwarty dostęp.
„Dostępność chromatyny podczas neurorozwoju człowieka w pierwszym trymestrze ciąży” Stena Linnarssona i in. Natura

Abstrakcyjny

Dostępność chromatyny podczas neurorozwoju człowieka w pierwszym trymestrze ciąży

Ludzki mózg rozwija się poprzez ściśle zorganizowaną kaskadę zdarzeń wzorcowych, indukowanych ekspresją czynników transkrypcyjnych i zmianami w dostępności chromatyny.

Chociaż ekspresję genów w rozwijającym się mózgu opisano w rozdzielczości pojedynczych komórek, podobne atlasy dostępności chromatyny skupiały się głównie na przodomózgowiu.

Tutaj opisujemy dostępność chromatyny i ekspresję sparowanych genów w całym rozwijającym się ludzkim mózgu w pierwszym trymestrze (6–13 tygodni po zapłodnieniu).

Zdefiniowaliśmy 135 klastrów i wykorzystaliśmy pomiary multiomiczne do połączenia kandydatów cis-elementy regulujące ekspresję genów. Liczba dostępnych regionów wzrastała zarówno wraz z wiekiem, jak i wraz ze zróżnicowaniem neuronów.

Korzystając ze splotowej sieci neuronowej, zidentyfikowaliśmy domniemane funkcjonalne miejsca wiązania czynnika transkrypcyjnego we wzmacniaczach charakteryzujących podtypy neuronów.

Zastosowaliśmy ten model do cis-elementy regulacyjne powiązane z ESRRB aby wyjaśnić mechanizm jego aktywacji w linii komórkowej Purkinjego.

Wreszcie, łącząc związane z chorobą polimorfizmy pojedynczych nukleotydów z cis-elementy regulacyjne, sprawdziliśmy domniemane mechanizmy patogenne w kilku chorobach i zidentyfikowaliśmy neurony GABAergiczne pochodzące ze śródmózgowia jako najbardziej podatne na mutacje związane z poważnymi zaburzeniami depresyjnymi.

Nasze odkrycia dostarczają bardziej szczegółowego obrazu kluczowych mechanizmów regulacyjnych genów leżących u podstaw pojawiania się typów komórek mózgowych w pierwszym trymestrze ciąży oraz wszechstronnego odniesienia dla przyszłych badań związanych z rozwojem układu nerwowego człowieka.