Как стволовые клетки создают человеческий мозг
В ходе прорывного исследования ученые проанализировали множество признаков отдельных клеток, чтобы точно определить те из них, которые дают начало важнейшим компонентам человеческого мозга.
В анализе, опубликованном 16 марта в журнале Cell, использовалась комбинация анализа белков и РНК для кропотливой очистки и классификации отдельных стволовых клеток и их близких родственников, выделенных из человеческого мозга. Затем исследователи ввели различные типы клеток мышам и наблюдали за тем, как клетки делились, а их потомки выполняли специализированные функции в мозге.
Авторы надеются, что это исследование и другие подобные ему прояснят, как такие программы развития нарушаются при неврологических заболеваниях, и как их можно использовать для создания новых методов лечения. "Процесс каталогизации стволовых и прогениторных клеток в развивающемся мозге человека только начинается", - считает Арнольд Кригштейн, специалист по неврологии развития из Калифорнийского университета, который не принимал участия в исследовании.
Мозг представляет собой сложную симфонию различных клеток, каждая из которых выполняет важные функции. Например, астроциты важны для поддержания метаболизма в нейронах, и потеря их функции связана с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера. Олигодендроциты - это клетки, которые создают защитную, изолирующую оболочку вокруг связей между нейронами. Когда они повреждаются - как при таких заболеваниях, как рассеянный склероз, - связь между нейронами замедляется или полностью прекращается.
Чтобы понять, как возникают такие клетки, биологи по стволовым клеткам Ирвинг Вайсман и Дэниел Лю и их коллеги из Стэнфордского университета использовали новую технологию, позволяющую изучать судьбу развития отдельных клеток, взятых из человеческого мозга. Авторы выделили клетки мозга из человеческих плодов в возрасте 17-19 недель и проверили их на наличие на поверхности клеток 11 белков, в том числе шести, которые связаны с развитием нервных клеток. Они также проанализировали уровень РНК как показатель активности генов и использовали эту информацию для очистки 10 видов клеток, которые, вероятно, дадут начало астроцитам, олигодендроцитам и нейронам.
Затем исследователи ввели очищенные клетки в мозг мыши. Через шесть месяцев они проанализировали этих мышей, чтобы выяснить, куда мигрировали клетки и их потомки, и какую клеточную идентичность они приняли. Этот подход позволил команде определить новый вид клеток-предшественников, которые дают начало глиальным клеткам, группе, включающей астроциты и олигодендроциты. По словам Лю, эти предшественники происходят из клеток, которых в мозге мыши больше, чем в мозге человека. "Мы думаем, что этот тип клеток может быть важен для специфической адаптации мозга приматов", - говорит он.
Исследователи также обнаружили, что высокий уровень белка под названием Thy1 ассоциируется с клетками линии олигодендроцитов. Это противоречит предыдущим результатам, которые предполагали, что Thy1 является маркером нейронов, а не олигодендроцитов, отмечает Стивен Голдман, невролог из Медицинского центра Рочестерского университета в Нью-Йорке. Такие различия также могут быть результатом того, что новый подход улучшает детализацию различных типов клеток, говорит Голдман, добавляя, что эта работа является "техническим прорывом". ... Они подняли уровень в этой области". Вайсман уверен, что этот метод может быть полезен для изучения и других видов стволовых клеток.
Исследование является важным вкладом в растущие знания о клеточных линиях, дающих начало человеческому мозгу, соглашается Кригштейн. Но он отмечает, что развитие человеческих стволовых клеток у мышей может не полностью отражать то, как эти клетки будут развиваться в человеческом мозге. Голдман опасается, что линии, полученные в результате анализа, не отражают пластичность развития нервных клеток. По его словам, другие исследования показали, что некоторые клетки в мозге могут развиваться по одной линии, а затем менять свой путь и превращаться в неродственную нейронную клетку. Лю и Вайсман считают, что часть этой кажущейся пластичности была артефактом изучения смесей клеток, и она может быть не столь выраженной при использовании разработанных ими строгих критериев отбора для очистки клеток.
Но Голдман предполагает, что другие факторы влияют на то, насколько нейронные клетки остаются приверженными своей родословной. "Нервная система более сложна в плане диверсификации", - говорит он. "Нам еще многое предстоит узнать".
