Складки человеческого мозга мгновенно узнаваемы. Извилистые гребни и глубокие борозды придают мягкой ткани внутри нашей головы структуру и внешний вид морщинистого грецкого ореха.
В вершины, называемые извилинами, и в трещины, называемые бороздами, самый наружный слой мозговой ткани складывается так, что его множество можно втиснуть в череп, и именно здесь, на морщинистой поверхности мозга, происходит память, мышление, обучение и рассуждение. .
Эта складчатость, или гирификация , имеет решающее значение для правильного функционирования и работы мозга — и, как говорят, именно поэтому люди обладают более высокими когнитивными способностями, чем обезьяны и слоны, чей мозг имеет несколько складок, а также крысы и мыши, чей мозг с гладкой поверхностью не имеет ни одной.
Теперь группа ученых обнаружила, почему у некоторых людей больше складок мозга, чем у других, при состоянии, которое влияет на нормальное развитие мозга, называемом полимикрогирией (ПМГ).
При полимикрогирии слишком много извилин накладываются друг на друга, что приводит к аномально толстой коре головного мозга и широкому спектру проблем, таких как задержка развития нервной системы, умственная отсталость, трудности с речью и эпилептические припадки.
«До недавнего времени в большинстве больниц, лечивших пациентов с этим заболеванием, не проводились тесты на генетические причины», — объясняет нейробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) Джозеф Глисон, один из исследователей, стоящих за новым исследованием.
Полимикрогирия встречается во многих формах, с локальным или обширным утолщением коры, обнаруживаемым при сканировании головного мозга.
Мутации в 30 генах были связаны с этим заболеванием. Но как любая из этих генетических ошибок, по отдельности или в тандеме, приводит к перегибу ткани мозга, остается неясным. Во многих случаях ПМГ также отсутствует идентифицируемая генетическая причина.
Считается, что это как-то связано с поздней миграцией клеток коры головного мозга на ранних стадиях развития, что приводит к неупорядоченной коре. Кора — это самый внешний слой двухдольного полушария головного мозга, тонкий слой серого вещества, состоящий из миллиардов клеток .
Для дальнейшего исследования Глисон сотрудничал с исследователями из Исследовательского института генетики и генома человека в Каире, чтобы получить доступ к базе данных почти 10 000 семей с Ближнего Востока, пострадавших от той или иной формы детского заболевания головного мозга.
Они обнаружили четыре семьи с почти идентичной формой PMG, все с мутациями в одном гене. Этот ген кодирует белок, который цепляется за поверхность клеток, с образным названием трансмембранный белок 161B (TMEM161B). Но никто не знал, что он сделал.
Глисон и его коллеги в последующих экспериментах показали, что TMEM161B обнаружен в большинстве типов клеток головного мозга плода: в клетках-предшественниках, которые превращаются в специализированные нейроны, в зрелых нейронах, которые возбуждают или подавляют своих соседей, и в глиальных клетках , которые различными способами поддерживают и защищают нейроны.
Однако TMEM161B относится к семейству белков, впервые появившихся, говоря эволюционным языком, у губок, у которых нет мозга.
Это озадачило Глисона и его коллегу-невролога из Калифорнийского университета в Сан-Франциско Лу Вана, которые задавались вопросом, может ли белок косвенно влиять на складку коры, вмешиваясь в некоторые основные клеточные свойства, которые придают форму сложным тканям.
«Как только мы определили TMEM161B как причину, мы решили понять, как происходит чрезмерное свертывание», — говорит Ван, ведущий автор исследования.
Используя стволовые клетки, полученные из образцов кожи пациентов, исследователи создали органоиды , крошечные копии тканей, которые самоорганизуются в пластиковых чашках так же, как это делают ткани и органы тела. Но органоиды, сделанные из клеток пациентов, были сильно дезорганизованы и демонстрировали разрушенные радиальные глиальные волокна.
В развивающемся мозге эти клетки-предшественники, дающие начало нейронам и глии, обычно располагаются на вершине коры и простираются радиально вниз к нижнему слою корковой ткани. Это создает каркасную систему, которая поддерживает миграцию других вновь образованных клеток по мере расширения коры.
Но без TMEM161B радиальные глиальные волокна в органоидах утратили способность ориентироваться. Дальнейшие эксперименты также показали, что внутренний цитоскелет клеток находится в беспорядке.
Таким образом, похоже, что без собственного внутреннего каркаса радиальные глиальные волокна не могут быть каркасом, в котором нуждаются другие клетки, чтобы занять свое место в развивающемся мозге.
Хотя это открытие является многообещающим шагом вперед, дающим нам представление о том, как развивается состояние, оно может иметь отношение только к небольшой или пока неизвестной доле случаев ПМГ.
Требуется гораздо больше исследований, чтобы уточнить наше понимание того, сколько людей с ПМГ страдают от мутаций в TMEM161B, но теперь исследователи знают, что искать, они могут просматривать другие наборы данных в поисках большего количества случаев.
«Мы надеемся, что врачи и ученые смогут расширить наши результаты, чтобы улучшить диагностику и уход за пациентами с заболеваниями головного мозга», — говорит Глисон. Это долгий путь, но обнадеживающий.
Подписывайтесь на «Гродно 24» в Дзен Новости и на наш канал в Дзен