Новое генетическое исследование проливает свет на процесс формирования извилин и борозд головного мозга

Новые исследования помогают раскрыть тайну чрезвычайно важного процесса внутриутробного образования складчатости головного мозга. Неправильная закладка структур головного мозга связана с развитием многих неврологических заболеваний, включая аутизм, анорексию, эпилепсию и шизофрению.

Преждевременные роды и задержка внутриутробного развития плода являются основными факторами риска развития детского церебрального паралича, эти состояния могут пагубно влиять на развитие мозга и приводить к когнитивным расстройствам.

Всем известно, что складчатость человеческого мозга необходима для его полноценной работы. Ученые находятся в начале пути понимания процесса образования складчатости и возможных причин нарушений этого процесса.

Новое доклиническое исследование австралийских и швейцарских ученых впервые позволило выявить гены, связанные с развитием двух типов складчатости серого вещества – обращенных внутрь борозд и обращённых наружу извилин.

Используя модели животных, развитие мозга которых сходно с человеческим, исследователи обнаружили различия как в экспрессии генов, так и в форме тел и отростков нейронов.

Главный автор исследования, доцент Мэри Толкос (Mary Tolcos) поясняет, что в настоящее время не существует методов профилактики или лечения нарушений развития складчатости головного мозга и нет раннего теста для выявления проблем.

«Мы знаем, что образование складчатости происходит во втором и третьем триместре беременности, и что каждый мозг развивается в основном по одной и той же схеме.

Это говорит о том, что процесс в значительной степени контролируется генами, но мы только начинаем понимать, как это происходит − это похоже на замысловатое оригами, для которого отсутствует инструкция.

Наше исследование является важным шагом на пути к полному пониманию этих генетических инструкций, поскольку мы ищем конкретные гены, связанные с формированием складчатости.

Следующим шагом станет определение точной роли этих генов, что позволит приблизиться к нахождению потенциальных мишеней для терапии и разработки мер коррекции нарушений», − говорит Мэри Толкос, доцент, сотрудник Мельбурнского Королевского Технологического Университета (Australian Research Council at RMIT).

Механизмы развития складчатости

Предыдущие исследования складчатости мозга были сосредоточены в основном на изменениях в белом веществе, или же в них рассматривались животные с гладким мозгом, где серое вещество не образует складок.

Серое вещество состоит из тел нейронов и дендритов, в то время как белое вещество состоит из аксонов и защитного липидного слоя (миелина).

Хотя процесс образования складок еще не вполне понятен, последние данные свидетельствуют о том, что серое вещество в развивающемся мозге нарастает быстрее, чем белое вещество, создавая механическую нестабильность, что и приводит к появлению извилин.

Но «холмы» и «впадины» в образующихся складках не случайны − они следуют схеме строения мозга, характерной для данного биологического вида.

Новое исследование было проведено на мозге овцы, который развивается в эмбриогенезе сходно с человеческим мозгом.

Ученые исследовали генетические и микроструктурные различия в будущем сером веществе, кортикальной пластинке, в частях мозга, расположенных непосредственно под «холмами» и «впадинами».

Эти области были проанализированы в трех точках развития − когда мозг был гладким, частично и полностью складчатым.

Постдок Себастьян Кесада Рохас (Dr Sebastian Quezada Rojas) рассказал, что это было первое исследование, посвященное генетике складчатости будущего серого вещества.

«Понимание изменений в кортикальной пластинке во время развития складок мозга имеет первостепенное значение, поскольку именно эта область кардинально изменяется во время этого процесса», − сказал он.

«Мы обнаружили, что некоторые гены имеют более высокую экспрессию в областях, которые выгибаются наружу, и более низкую экспрессию в областях, которые впячиваются внутрь. Другие же гены демонстрируют противоположный паттерн.

«Вместе эти генетические паттерны экспрессии могут внести ясность в вопрос о том, почему складчатость коры головного мозга так согласована у представителей одного и того же вида».

Генетические различия также коррелируют с изменениями в нейронах серого вещества, причем в исследовании было обнаружено изменение числа дендритов, которых становится больше во время процесса складывания.

«Мы считаем, что области, которые складываются наружу и внутрь, запрограммированы вести себя по-разному, и форма нейронов влияет на то, как развивается складчатость этих областей. Распутывание этих связей будет в центре внимания следующего этапа этого исследования», − утверждает Кесада Рохас.

Источник перевода: news-medical.net

Автор: Марианна Королева

Научный консультант: Ольга Хрущова