Nors procesas, per kurį gaminamas skirtingas neuronų rūšis, taip pat žinomas kaip neurogenezė, buvo daugelio neuromokslų tyrimų dėmesys, jo genetiniai ir biologiniai pagrindai žmonėms dar nebuvo visiškai išaiškinti. Tai pasakytina ir apie nesubrendusius neuronus, atsirandančius dėl suaugusių hipokampo neurogenezių, vadinamų nesubrendusiomis dentato granulių ląstelėmis (IMGC), kurios palaiko smegenų adaptaciją reaguojant į išgyvenimus visame suaugus.
Pensilvanijos universiteto, Kinijos mokslų akademijos ir kitų institutų tyrėjai neseniai atliko tyrimą, kurio tikslas buvo geriau suprasti, kaip vystosi IMGC, ir nustatant, ar procesai, skatinantys jų genezę žmonėms, gali skirtis nuo tų, kurie stebimi kitose rūšyse. Jų išvados, paskelbtos Gamtos neuromokslasrodo, kad nors panašūs biologiniai procesai daro įtaką šioms pelių, kiaulių, beždžionių ir žmonių smegenyse, genų ekspresija žmogaus IMGC labai skiriasi.
„IMGC, atsirandantys dėl suaugusiųjų hipokampo neurogenezės žinduoliuose, vaidina svarbų vaidmenį smegenų plastiškume, mokymosi ir atminties atžvilgiu ir turi didelį regeneracinės medicinos potencialą“, – „Medical Xpress“ pasakojo pirmasis dokumento autorius Yi Zhou.
„Tačiau mažai žinoma apie IMGC molekulinius bruožus žmonėms ir makakoms, nes dauguma tyrimų rėmėsi pelių IMGC žiniomis ir molekuliniais parašais, dėl kurių primatai buvo nenuoseklūs nustatant ir apibūdinant IMGC.”
Pagrindinis neseniai atlikto Zhou ir jo kolegų tyrimo tikslas buvo pabandyti nustatyti molekulinius ypatybes ir genų ekspresijos modelius, kurie galėtų būti būdingi tik žmogaus IMGC. Norėdami tai padaryti, jie atliko tyrimą, kuriame pagrindinis dėmesys skiriamas keturioms žinduolių rūšims, būtent pelėms, kiaulėms, beždžionėms ir žmonėms.
„Mes siekėme tiksliai nustatyti IMGC paskelbtuose vienos ląstelės RNR sekos nustatymo (SCRNR-Seq) duomenimis ir tada sistemingai palyginus molekulinius IMGC peizažų palyginimą hipokampyje tarp žinduolių rūšių, kad atskleistų jų evoliucinius pokyčius ir žmogaus specializuotus ypatybes”,-sakė Zhou. „Atsižvelgiant į potencialius tarpusavio skirtumus, mes susilaikėme nuo pelių gautų molekulinių žymeklių, kad galėtume tiksliai komentuoti IMGC paskelbtuose žmogaus ir makakos SCRNR-Seq duomenų rinkiniuose, kuriuos mes ištirėme.”
Vykdydami ankstesnį darbą, Zhou ir jo kolegos sukūrė mašininio mokymosi metodą, skirtą nustatyti žmogaus IMGC, kuris buvo nustatytas kaip puikūs rezultatai. Kita vertus, apibūdinant IMGC makakų smegenyse, anksčiau pasirodė sudėtinga, nes ankstesnės pastangos siekia nenuoseklių rezultatų.
Naujame tyrime tyrėjai sukūrė mašininio mokymosi metodą, apibūdinantį šias hipokampo ląsteles, kurios rėmėsi klasifikatoriumi (ty algoritmu, skirtu klasifikuoti konkrečius duomenis). Norėdami išmokyti algoritmą, jie panaudojo didelį pasitikėjimo IMGC (ty granulių ląstelės, išreiškiančios klasikinius IMGC žymenis, tokius kaip DCX ir PROX1, bet ne subrendę kolegos, tokios kaip CALB1). Šių ląstelių duomenys buvo surinkti iš jaunų makakų, kuriose yra daugybė IMGC.
„Naujasis klasifikatorius leido mums nustatyti visos transkripto nesubrendusias makakų IMGC neuronų charakteristikas, naudojant nuoseklius kriterijus tarp duomenų rinkinių“,-aiškino Zhou. „Norėdami sistemingai palyginti konservuotus ir skirtingus IMGC molekulinius požymius tarp rūšių, tada mes atlikome įvairių rūšių IMGC analizę, palyginti su jų subrendusiais kolegomis iš žmonių, makakų, kiaulių ir pelių, naudodamiesi visais paskelbtais SCRNR-Seq duomenų rinkiniais mūsų tyrimų metu”.
Tyrėjų atlikta analizė parodė, kad genų ekspresijos turtingumas IMGC labai skiriasi įvairiose rūšyse, stulbinamai labiau nei genų ekspresija subrendusiose granulių ląstelėse. Nepaisant to, biologiniai procesai, reglamentuojantys ląstelių vystymąsi, buvo vienodi visoms jų tirtoms rūšims.
„Mes taip pat nustatėme kelių genų šeimų praturtėjimą žmogaus IMGC, palyginti su subrendusiomis granulių ląstelėmis, neturėdami tokio praturtėjimo makakose, kiaulėse ar pelėse“, – sakė Zhou.
„Visų pirma, mes nustatėme praturtintą ATP6 genų šeimos, koduojančios protonų pernešančią vakuolinio tipo ATPazės potipius. Mes toliau sukūrėme žmogaus pluripotentinį kamieninių ląstelių modelį, pagrįstą IMGC neurte, ir in vitro, kad vakuolio tipo ATPazė turi kritinį vaidmenį reguliuojant IMGC neurte ir neuronal tinklą.
Apskritai, šios tyrėjų komandos surinktos išvados rodo, kad biologiniai procesai, skatinantys IMGC vystymąsi, yra vienodi tarp rūšių, tačiau genų, skatinančių šiuos procesus, reguliavimas labai skiriasi. Šie genų ekspresijos skirtumai galėtų vaidinti pagrindinį vaidmenį adaptacijai ląstelėms ir jų indėlį į įvairias smegenų funkcijas.
„Be to, mūsų darbas pabrėžia, kad reikia nepriklausomos molekulinės ir funkcinės suaugusiųjų neurogenezės rūšių analizės, ir žmogaus ląstelių modelių (žmogaus kamieninių ląstelių kultūrų ir chirurginių mėginių) vertę paaiškinant žmogaus IMGC molekulinius, funkcinius ir reguliuojančius bruožus“,-sakė Zhou.
Šis neseniai atliktas tyrimas netrukus galėtų įkvėpti tolesnę kryžminių rūšių analizę, daugiausia dėmesio skiriant neurogenezės ir ypač IMGC vystymosi procesams. Galų gale tai taip pat galėtų informuoti apie terapinių intervencijų, skirtų moduliuoti specifinių neuronų hipokampo genezę, vystymąsi.
„Dėl sekos nustatymo gylio apribojimų SCRNR-Seq, mūsų analizė buvo sutelkta į labai išreikštus genus, paliekant neištirti, ar genai, turintys mažesnę ekspresiją, praturtintą IMGC, pasižymi kryžminių rūšių panašumais ar skirtumais“,-teigė Zhou.
„Be to, mes neatsižvelgėme į specifinių rūšių genomo požymių ar izoformos naudojimą. Ateities tyrimai, kurių imties dydis yra didesnis, gilesnis sekos nustatymas ir daugiapakopė integracija, galėtų sumažinti mėginių ėmimo kintamumą ir įgalinti tolesnį tyrimą skirtinguose IMGC duomenų modeliuose per lytį, vystymosi etapą ir ligos būsenas”.
Iki šiol komandos analizės buvo sutelktos į IMGC, kurios dar nėra visiškai išsivysčiusios. Vykdydami būsimus tyrimus, Zhou ir jo kolegos tikisi naudoti panašius metodus, norėdami ištirti kitus suaugusių žinduolių smegenyse, pavyzdžiui, ramybės ir aktyvios suaugusių neuroninių kamieninių ląstelių smegenyse.
Parašė mūsų autorė Ingrid Fadelli, redagavo Gaby Clark, ir faktas patikrintas ir apžvelgtas Roberto Egano-šis straipsnis yra kruopštaus žmogaus darbo rezultatas. Mes pasikliaujame tokiais skaitytojais kaip jūs, kad išlaikytume nepriklausomą mokslo žurnalistiką. Jei ši ataskaita yra svarbi jums, apsvarstykite paaukojimą (ypač kas mėnesį). Gausite be skelbimų sąskaita kaip padėka.