Ученые выяснили, что мозг формируется из двух независимо возникающих частей

Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета пришли к выводу, что человеческий мозг развивается не из единой популяции клеток-предшественников, как считалось ранее, а из двух разных клеточных линий, которые возникают параллельно уже на самых ранних стадиях развития эмбриона. Одна из них дает начало переднему и среднему мозгу, другая – заднему мозгу. Авторы работы предлагают рассматривать мозг как составной орган, сформированный из двух эволюционно древних нервных систем. Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience.

Ученые проследили развитие клеток в эмбрионах мышей и обнаружили две четко разделенные группы предшественников. Клетки передней части нервной эктодермы, в которых активен ген Otx2, впоследствии формируют передний и средний мозг. Другая популяция, связанная с геном Gbx2, становится задним мозгом. Эти клеточные линии не смешиваются уже на стадии гаструляции – раннем этапе эмбрионального развития. Исследование структуры хроматина также показало, что будущая специализация этих клеток закрепляется очень рано.

Полученные результаты помогли объяснить давнюю проблему клеточной биологии. Ученым долго не удавалось надежно выращивать в лаборатории некоторые типы человеческих нейронов заднего мозга. Авторы предполагают, что предыдущие методы пытались фактически заставить клетки, уже предназначенные для формирования переднего и среднего мозга, превратиться в клетки другой линии. Используя новую схему развития, исследователи смогли получить из человеческих плюрипотентных стволовых клеток функциональные моторные нейроны определенных участков заднего мозга. Они генерировали электрические импульсы и экспрессировали белки, характерные для нейронов, управляющих мышцами лица и глотания.

Исследователи обнаружили признаки аналогичного разделения нервной системы у кур, рыб данио и желудевых червей. Последние отделились от эволюционной линии, ведущей к человеку, более 500 млн лет назад. На этом основании авторы предполагают, что две отдельные системы предшественников существовали уже у общего предка современных позвоночных и некоторых более примитивных животных примерно 550 млн лет назад, а позднее в ходе эволюции оказались пространственно объединены в единый мозг.

Практическое значение открытия связано прежде всего с возможностью изучать заболевания, поражающие нейроны ствола мозга. К ним относятся спинальная мышечная атрофия и боковой амиотрофический склероз (БАС). Получение соответствующих человеческих нейронов в лаборатории позволит исследовать механизмы этих заболеваний без необходимости получать ткань ствола мозга у живых пациентов и может использоваться при поиске новых методов лечения.