29 мая 2021 года

Исследователи Медицинской школы Университета Вирджинии пролили новый свет на то, как развивается наш мозг, и выяснили, что самый последний этап деления клеток имеет решающее значение для того, чтобы мозг достиг своих должных размеров и функций.

Новые данные идентифицируют потенциального участника микроцефалии, врожденного дефекта, при котором голова недоразвита и имеет аномально маленький размер. Это потому, что голова растет вместе с мозгом. По оценкам федеральных Центров по контролю за заболеваниями, микроцефалия ежегодно поражает от 1 из 800 детей до 1 из 5 000 детей в Соединенных Штатах. Состояние связано с неспособностью к обучению, задержкой в ​​развитии, потерей зрения и слуха, нарушением движений и другими проблемами.

«Понимая генетические причины микроцефалии, даже если они редки, мы также можем помочь понять, как некоторые вирусные инфекции могут вызывать микроцефалию, такие как вирус Зика или цитомегаловирус», – сказала исследователь Ноэль Д. Дуайер, доктор философии, отдела клеточной биологии УФА.

Понимание развития мозга

Двайер и ее команда стремятся понять, как небольшие изменения в отдельных клетках могут привести к драматическим изменениям в головном мозге. В этом случае они определили важную роль опадения, заключительного этапа деления клетки. Во время опадения новая или «дочерняя» клетка разрывает связь со своей «материнской» клеткой. Думайте об этом как о перерезании пуповины, когда на свет рождается новорожденный.

Ученые подозревали, что определенный клеточный белок, Cep55, необходим для надлежащего отщепления. Дуайер хотел исследовать это, чтобы определить, что произойдет, если протеин отсутствует. Она и ее коллеги были удивлены, обнаружив, что у их лабораторных мышей все еще может происходить опадение. Однако этот процесс занял больше времени, чем обычно, и количество отказов существенно возросло.

Примечательно, что нервные стволовые клетки, не прошедшие абсциссию, сигнализировали о том, что их необходимо удалить из мозга, сообщают исследователи. Это привело к гибели и удалению огромного количества клеток. В этом отличие от клеток в других частях тела, которые не требуют своего собственного удаления, когда расслоение не удается.

Нервные стволовые клетки пренатального мозга, по-видимому, подвергаются более строгому «контролю качества», чем клетки других частей тела. Если их ДНК или органеллы повреждены, у них появляется волосковая реакция, когда они приносят себя в жертву, чтобы не образовывать аномальные клетки мозга, которые могут вызвать сбои в работе мозга или опухоли головного мозга. Мозг все еще может функционировать. Другие ткани, по-видимому, обладают более высокой толерантностью к поврежденным клеткам и не активируют реакцию гибели клеток »

.

Ноэль Д. Двайер, доктор философии, научный сотрудник отдела клеточной биологии UVA

Блокирование сигнала нервных стволовых клеток об удалении помогло мозгу лабораторных мышей стать больше, обнаружил Дуайер, но это восстановило только часть мозга до нормального размера. Кроме того, нормальная организация и функция мозга оставались нарушенными. Исследователи говорят, что это показывает важность правильного опадания для здорового развития мозга.

Дуайер заметил, что блокирование сигнала клеточной смерти лекарствами или генной терапией может помочь восстановить рост мозга при определенных типах микроцефалии, но также может ухудшить работу мозга. «Вот почему так важно проверить эти идеи на животных моделях и моделях клеточных культур», – сказала она

.

Новые открытия UVA согласуются с тем, что ученые знали о гене, который образует белок Cep55. Люди, у которых есть мутации в гене Cep55 страдают серьезными дефектами мозга и центральной нервной системы, в то время как остальная часть их тела относительно сохранена. Новое исследование Дуайера помогает объяснить, почему это так.

Новые открытия также помогают в борьбе с раком. «Мутации Cep55 также связаны со многими видами рака у человека, поэтому понимание нормальной функции Cep55 в делящихся клетках в головном мозге помогает проинформировать исследователей рака, как его измененная функция может привести к аномальному делению клеток, которое может инициировать или подпитывать рост опухоли », – сказал Дуайер

Двайер отметил важный вклад Джессики Литтл и Катрины МакНили, которые недавно защитили докторскую диссертацию в лаборатории Дуайера. Литтл является докторантом программы UVA по клеточной биологии и биологии развития, который окончил ее этой весной; Макнили была аспирантом по неврологии и в прошлом году защитила диссертацию.

Результаты опубликованы

Исследователи опубликовали свои выводы в Journal of Neuroscience. Исследовательская группа состояла из Литтла, Макнили, Надин Мишель, Кристофера Дж. Ботта, Кейлы С. Леттьери, Мэдисон Р. Хехт, Сары А. Мартин и Дуайер. Литтл и Макнили указаны как соавторы статьи.

Исследование проводилось при поддержке Национальных институтов здравоохранения, гранты RO1NS076640, R21NS106162, R01HD102492 и F30HD093290; и грант на обучение по клеточной и молекулярной биологии UVA, T32GM008136.

Чтобы быть в курсе последних медицинских исследований UVA, подпишитесь на блог Making of Medicine по адресу http://makingofmedicine.virginia.edu.