두 세트의 시작 세포
수십 년 동안 생물학 교과서는 뇌가 기관의 모든 부분을 만들어내는 단일 초기 전구 세포에서 성장한다고 설명해 왔다. 9월 18일 네이처 신경과학에 발표된 스탠퍼드 의대 주도 연구는 그 그림이 틀렸다고 말한다.
단순한 세포 덩어리가 신체 구조로 조직되는 단계인 낭배형성 동안 배아를 관찰하면서, 연구팀은 두 개의 뚜렷한 신경 전구 세포 그룹을 확인했다. 전뇌와 중뇌는 한 집단에서 발생한다. 호흡, 심박수, 삼킴을 조절하는 후뇌는 별도의 기원을 가진 두 번째 집단에서 발생한다.
"우리는 뇌의 앞부분이 뇌의 뒷부분과 완전히 다른 전구 세포에서 발생한다는 것을 처음으로 보여주었습니다"라고 스탠퍼드 발달생물학 부교수이자 이 연구의 선임 저자인 카일 로가 말했다.
접시 위의 퍼즐
이 발견은 실험실 문제에서 비롯되었다. 뇌 앞부분의 줄기세포는 접시에서 키우기 쉬웠지만, 후뇌 조직이 되도록 의도된 세포는 거의 자라지 않았다. 새로운 연구는 그 이유를 설명한다. 이전 실험들은 전뇌와 중뇌 전구 세포를 후뇌 세포로 만들려고 시도했지만, 연구에 따르면 그것은 불가능하다. 올바른 전구 세포 집단에서 시작하여, 연구자들은 활동 전위를 발화하고 얼굴과 삼킴 근육을 조절하는 후뇌 분절을 표시하는 단백질을 생산하는 뉴런을 키웠다.
5억 5천만 년의 배선
연구팀은 그런 다음 진화적 시간을 되돌아보았다. 그들은 닭, 제브라피시, 그리고 인간과 먼 조상을 공유하는 해저의 작은 생물인 도토리벌레에서 동일한 두 기원 패턴을 발견했다. 약 6억에서 7억 년 전에 인간 계통에서 분기한 해파리는 몸의 다른 끝에 두 개의 신경계를 유지한다.
저자들은 진화가 뇌를 처음부터 발명하지 않았다고 주장한다. 그것은 이미 존재하던 두 개의 신경계를 가져다가 공간적으로 밀어 넣었다. "뇌를 하나의 기관으로 가지는 것이 아마 더 효율적일 것이지만, 우리는 뇌를 두 개의 별도 조각으로 만드는 이 원시적인 방식에 의존합니다"라고 로가 말했다. 두 반쪽이 다른 규칙에 의해 만들어지기 때문에, 이 발견은 연구자들이 후뇌 장애와 같은 상태를 실험실에서 모델링하는 방식을 바꿀 수 있다.