Vedci objavili kľúčový proteín zodpovedný za asymetriu mozgu

Genetické mechanizmy, ktoré sú základom jedinečných rozdielov medzi ľavou a pravou stranou mozgu, sú teraz lepšie pochopené vďaka novému výskumu, čo pripravuje cestu k lepšiemu pochopeniu ľudských porúch spojených s abnormálnou asymetriou mozgu.

Výskumníci z UCL, Wellcome Sanger Institute, Oxfordskej univerzity a ďalší spoluautori zistili, že proteín s názvom Cachd1 zohráva kľúčovú úlohu pri určovaní odlišnej nervovej štruktúry a funkcie na každej strane mozgu. Štúdia je publikovaná v časopise Science.

Vedci vykonaním genetických experimentov na zebričkách zistili, že keď je Cachd1 mutovaný, pravá strana mozgu stráca svoj normálny asymetrický vývoj a stáva sa zrkadlovým obrazom ľavej strany. Táto porucha spôsobuje abnormálne nervové prepojenie, ktoré ovplyvňuje funkciu mozgu.

Tento objav vrhá svetlo na genetické mechanizmy, ktoré sú základom asymetrie mozgu, javu pozorovaného u mnohých živočíšnych druhov vrátane ľudí. Pochopenie týchto procesov môže viesť k lepšiemu pochopeniu ľudských porúch, pri ktorých je asymetria mozgu narušená, ako je schizofrénia, Alzheimerova choroba a poruchy autistického spektra.

Napriek tomu, že majú zrkadlovo tvarovanú anatómiu, ľavá a pravá hemisféra ľudského mozgu majú funkčné rozdiely, ktoré ovplyvňujú nervové spojenia a kognitívne procesy, ako je napríklad reč. Ako tieto rozdiely v nervových obvodoch medzi ľavou a pravou hemisférou vznikajú, je stále nedostatočne pochopené.

Pomocou zebričky – známeho modelového organizmu na štúdium vývoja mozgu vďaka jej priehľadným embryám – sa výskumníci rozhodli študovať, ako by Cachd1 mohol ovplyvniť asymetriu mozgu.

Tím zistil, že keď je Cachd1 mutovaný, oblasť mozgu nazývaná habenula stráca svoje normálne rozlíšenie medzi ľavou a pravou stranou. Neuróny na pravej strane sa stávajú podobnými neurónom na ľavej strane, čo narúša nervové spojenia v habenule a potenciálne ovplyvňuje jej funkciu.

Zníženie expresie cachd1 pomocou morfolínových enzýmov vedie k bilaterálnej symetrii. (AB) Pohľad na chrbtovú časť 4 dni po oplodnení u neinjikovaných lariev divokého typu a lariev s injikovanou morfolínovou enzým...

Experimenty s väzbou proteínov ukázali, že Cachd1 sa viaže na dva receptory, ktoré umožňujú bunkám komunikovať prostredníctvom signálnej dráhy Wnt, jednej z najintenzívnejšie študovaných bunkových komunikačných dráh, ktorá hrá dôležitú úlohu v ranom vývoji, tvorbe kmeňových buniek a mnohých ochoreniach.

Okrem toho sa zdá, že účinky Cachd1 sú špecifické pre pravú stranu mozgu, čo naznačuje existenciu neznámeho inhibičného faktora, ktorý obmedzuje jeho aktivitu na ľavej strane. Hoci všetky podrobnosti ešte nie sú jasné, údaje silne naznačujú, že Cachd1 hrá kľúčovú úlohu pri rozlišovaní medzi ľavou a pravou stranou vyvíjajúceho sa mozgu reguláciou bunkovej komunikácie špecificky na pravej strane.

Budúce štúdie preskúmajú, či má Cachd1 ďalšie dôležité funkcie súvisiace s dráhou Wnt.

„Bol to vysoko kolaboratívny projekt, ktorý výrazne profitoval z interdisciplinárneho prístupu – genetika, biochémia a štrukturálna biológia sa spojili, aby lepšie pochopili vznik ľavo-pravej asymetrie v mozgu a zároveň identifikovali novú zložku dôležitej signálnej dráhy s viacerými úlohami v zdraví a chorobách,“ hovorí Dr. Gareth Powell, spoluautor štúdie, bývalý doktorand Wellcome Sanger Institute a teraz člen katedry bunkovej a vývojovej biológie UCL.

„S potešením vidím publikovanie tejto vysoko kolaboratívnej štúdie, ktorá spojila mnoho talentovaných ľudí s rôznymi výskumnými záujmami a zručnosťami z rôznych inštitútov. Tím nám spoločne umožnil urobiť vzrušujúce nové objavy o signálnej dráhe Wnt aj o vývoji mozgovej asymetrie,“ povedal profesor Steve Wilson, hlavný autor štúdie a člen Katedry bunkovej a vývojovej biológie UCL.