Исследование может помочь понять эволюцию нервной системы у животных и человека

UA получает грант NIH в размере 37,5 млн. Долл. США для исследования потенциальной регенеративной терапии болезни Альцгеймера

Когда дело доходит до клеток мозга, не всем подходит один размер. Нейроны бывают самых разных форм и размеров и содержат различные типы химических веществ мозга. Но как они дошли до этого?

Новое исследование в Nature предполагает, что идентичность всех нейронов червя связана с уникальными членами единого семейства генов, которые контролируют процесс преобразования инструкций ДНК в белки, известный как экспрессия генов. .

Результаты этого исследования могут дать основу для понимания того, как нервная система развивалась у многих других животных, включая человека. Исследование финансировалось Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (NINDS), входящим в состав Национальных институтов здравоохранения

.

Центральная нервная система всех животных, от червей до людей, невероятно сложна и упорядочена. Генерация и разнообразие множества типов нейронных клеток обусловлено экспрессией генов: «Так что удивительно и захватывающе осознавать, что разнообразие клеток, которое мы видим во всей нервной системе, может исходить от всего лишь одной группы генов».

Роберт Риддл, доктор философии, директор программы, Национальный институт неврологических расстройств и инсульта

Исследователи под руководством Оливера Хоберта, доктора философии, профессора биохимии и молекулярной биофизики Колумбийского университета в Нью-Йорке и аспирантки Молли Б. Рейли, хотели узнать, как клетки мозга червя C. elegans получили свои различные формы и функции.

Для этих экспериментов исследователи использовали генно-инженерного червя, у которого отдельные нейроны были закодированы цветом.

Кроме того, кодирующие последовательности для белка зеленой флуоресценции были вставлены в гомеобоксовые гены, высококонсервативный набор генов, которые, как известно, играют фундаментальную роль в развитии.

Паттерны экспрессии гена гомеобокса были определены путем изучения паттернов светящегося флуоресцентного маркера.

Д-р. Группа Хоберта обнаружила, что во всей нервной системе червя каждый тип нейрона содержит уникальный набор белков гомеобокса.

Другими словами, идентичность каждого нейрона можно проследить по определенной комбинации генов гомеобокса, которые были включены или выключены.

Гены гомеобокса были первоначально обнаружены из-за их роли в обеспечении того, чтобы части тела оказывались на своих местах. С тех пор эти гены были обнаружены у всех видов животных, а также у растений и грибов.

Гены гомеобокса содержат инструкции по созданию факторов транскрипции, которые представляют собой белки, которые могут контролировать активность других генов.

Нервная система взрослого C. elegans содержит 302 нейрона, которые можно разделить на 118 типов. Команда доктора Хоберта определила, что 70 генов гомеобокса вовлечены в характеристику типов нейронов.

Кроме того, дальнейший анализ показал, что коды гомеобокса могут быть использованы для подразделения классов нейронов. Например, дополнительный анализ выявил не только то, что клетка является двигательным нейроном, но и ее расположение в брюшном нервном канатике, червячной версии спинного мозга.

«Разнообразие нейронов может быть обусловлено семейством генов, которое различает отдельные типы клеток в головном мозге, – сказал д-р Хоберт. – Такая структура проста в том смысле, что всего одно семейство генов может объяснить весь мозг. типы клеток.

Сложность, возникшая из-за этого простого семейства генов «штрих-кода», предполагает потенциальную роль генов гомеобокса в эволюции нервной системы ».

В будущих исследованиях будет выяснено, могут ли клетки мозга других организмов также быть идентифицированы с помощью определенных белковых кодов. Кроме того, исследователи изучат влияние изменения кодов на идентичность и функцию нейронов.

Источник:

NIH / Национальный институт неврологических расстройств и инсульта

Ссылка на журнал:

Reilly, MB , и др. . Уникальные коды гомеобоксов очерчивают все классы нейронов C. elegans . Природа . doi.org/10.1038/s41586-020-2618-9.

Source link