Vedci objavili kľúčový proteín zodpovedný za asymetriu mozgu

Genetické mechanizmy, ktoré sú základom jedinečných ľavo-pravých rozdielov v mozgu, sú teraz lepšie pochopené vďaka novému výskumu, ktorý pripravuje pôdu pre lepšie pochopenie ľudských porúch spojených s asymetriou mozgu.

Proteín nazývaný Cachd1 hrá kľúčovú úlohu pri vytváraní odlišnej nervovej štruktúry a funkcie každej strany mozgu, zistili výskumníci z UCL, Wellcome Sanger Institute, University of Oxford a ďalší spolupracovníci. Štúdia bola publikovaná v Science.

Vykonaním genetických experimentov na zebričkách výskumníci zistili, že keď dôjde k mutácii Cachd1, pravá strana mozgu stratí svoj normálny asymetrický vývoj a stane sa zrkadlovým obrazom ľavej strany. Táto porucha spôsobuje abnormálne nervové spojenia, ktoré ovplyvňujú funkciu mozgu.

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

Napriek svojej zrkadlovej anatómii majú ľavá a pravá hemisféra ľudského mozgu funkčné rozdiely, ktoré ovplyvňujú nervové spojenia a kognitívne procesy, ako je jazyk. Ako vznikajú tieto ľavo-pravé rozdiely v nervových obvodoch, je stále zle pochopené.

Pomocou zebrafish – dobre známeho modelového organizmu na štúdium vývoja mozgu vďaka svojim transparentným embryám – sa vedci rozhodli študovať, ako môže Cachd1 ovplyvniť asymetriu mozgu.

Tím zistil, že keď je Cachd1 zmutovaný, oblasť mozgu nazývaná habenula stráca svoje normálne ľavo-pravé rozlíšenie. Neuróny na pravej strane sa stanú podobnými neurónom na ľavej strane, čím sa narušia nervové spojenia v habenule a potenciálne to ovplyvní jej funkciu.

Knockdown cachd1 pomocou morfolinos vedie k bilaterálnej symetrii. (A-B) Dorzálny pohľad 4 dni po oplodnení neinjikovaných divých typov a lariev injikovaných morfolínom cachd1 po hybridizácii in situ v celej montáži s použitím antisense ribosond proti asymetrickým markerom dorzálnej habenula kctd12.1. (C) Semikvantitatívna RT-PCR pre cachd1 transkripty. Zdroj: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

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

Okrem toho sa zdá, že vplyv Cachd1 je špecifický pre pravú stranu mozgu, čo naznačuje prítomnosť neznámeho inhibičného faktora obmedzujúceho jeho aktivitu na ľavej strane. Hoci všetky podrobnosti ešte neboli objasnené, dôkazy silne naznačujú, že Cachd1 hrá kľúčovú úlohu pri vytváraní rozdielu medzi ľavou a pravou stranou vyvíjajúceho sa mozgu reguláciou bunkovej komunikácie špecificky na pravej strane.

Budúce štúdie budú skúmať, či má Cachd1 ďalšie dôležité funkcie spojené s dráhou Wnt.

„Išlo o vysoko spolupracujúci projekt, ktorý výrazne ťažil z interdisciplinárneho prístupu – genetika, biochémia a štrukturálna biológia sa spojili, aby lepšie porozumeli vzniku ľavo-pravej asymetrie v mozgu, ako aj identifikovali novú zložku dôležitá signálna dráha s viacerými úlohami v zdraví a chorobe,“ hovorí Dr Gareth Powell, spoluautor štúdie, bývalý doktorand na Wellcome Sanger Institute a teraz člen oddelenia bunkovej a vývojovej biológie UCL.

„Teší ma zverejnenie tohto vysoko kolaboratívneho výskumu, ktorý spojil mnoho talentovaných ľudí s rôznymi vedeckými záujmami a zručnosťami z rôznych inštitúcií. Spoločne nám tím umožnil urobiť vzrušujúce nové objavy v signálnej dráhe Wnt a vo vývoji asymetrie mozgu,“ hovorí profesor Steve Wilson, hlavný autor štúdie z oddelenia bunkovej a vývojovej biológie UCL.