Dwa zestawy komórek wyjściowych
Przez dziesięciolecia podręczniki biologii opisywały mózg jako rosnący z pojedynczej wczesnej komórki progenitorowej, która daje początek każdej części tego organu. Badanie prowadzone przez Stanford Medicine, opublikowane 18 września w „Nature Neuroscience", mówi, że ten obraz jest błędny.
Obserwując zarodki podczas gastrulacji, etapu, gdy prosta grupa komórek organizuje się w struktury ciała, zespół zidentyfikował dwie odrębne grupy neuronowych komórek progenitorowych. Przodomózgowie i śródmózgowie powstają z jednej populacji. Tylomózgowie, które kontroluje oddychanie, tętno i połykanie, rozwija się z drugiej populacji o odrębnym pochodzeniu.
„Po raz pierwszy pokazaliśmy, że przednia część mózgu powstaje z zupełnie innej komórki progenitorowej niż tylna część mózgu" — powiedział Kyle Loh, profesor nadzwyczajny biologii rozwojowej na Stanfordzie i starszy autor pracy.
Zagadka w naczyniu
Odkrycie wyrosło z problemu laboratoryjnego. Komórki macierzyste z przedniej części mózgu łatwo rosły w naczyniu, podczas gdy komórki mające stać się tkanką tylomózgowia niemal nigdy się nie przyjmowały. Nowa praca wyjaśnia dlaczego: wcześniejsze eksperymenty próbowały nakłonić progenitory przodomózgowia i śródmózgowia do stania się komórkami tylomózgowia, co — jak pokazuje badanie — jest niemożliwe. Wychodząc od właściwej populacji progenitorowej, badacze wyhodowali neurony, które generowały potencjały czynnościowe i produkowały białka oznaczające segmenty tylomózgowia kontrolujące mięśnie twarzy i połykania.
550 milionów lat okablowania
Następnie zespół spojrzał wstecz przez czas ewolucyjny. Znalazł ten sam wzorzec dwóch źródeł u kurcząt, danio pręgowanego i żołędziowców, małych stworzeń z dna oceanu, które dzielą odległego przodka z ludźmi. Meduzy, które oddzieliły się od linii ludzkiej około 600 do 700 milionów lat temu, utrzymują dwa układy nerwowe na różnych końcach ciała.
Autorzy argumentują, że ewolucja nie wynalazła mózgu od zera. Wzięła dwa układy nerwowe, które już istniały, i zepchnęła je razem przestrzennie. „Mózg jako jeden organ byłby prawdopodobnie bardziej wydajny, ale polegamy na tym pierwotnym sposobie budowania mózgu jako dwóch oddzielnych części" — powiedział Loh. Ponieważ obie połowy są zbudowane według różnych zasad, odkrycie może zmienić sposób, w jaki badacze modelują w laboratorium schorzenia takie jak zaburzenia tylomózgowia.