Первая пространственно-временная карта регенерации мозга аксолотля

Международная исследовательская группа под руководством BGI-Research использовала технологию BGI Stereo-seq для создания первой в мире пространственно-временной клеточной атласа развития и регенерации мозга аксолотля (Ambystoma mexicanum). Исследование раскрывает механизмы самовосстановления мозга после травмы и опубликовано на обложке последнего номера журнала Science.

Исследователи проанализировали развитие и регенерацию мозга саламандры, выявили ключевые субпопуляции нейральных стволовых клеток в этом процессе и описали, как эти клетки восстанавливают поврежденные нейроны. Было обнаружено, что процессы регенерации и развития мозга имеют сходства, что дает новое понимание структуры мозга и открывает новые направления для регенеративной медицины нервной системы.

В отличие от млекопитающих, некоторые позвоночные, включая аксолотля, способны регенерировать многие органы, в том числе части центральной нервной системы. Мозг аксолотля структурно более схож с мозгом млекопитающих, чем, например, мозг рыб (данио-рерио), что делает его идеальной моделью для изучения регенерации мозга.

Ранее были лишь частично описаны клетки и пути, задействованные в регенерации мозга. В данной работе с помощью технологии Stereo-seq была создана карта развития мозга саламандры в шесть ключевых периодов с разрешением на уровне единичной клетки. Она показала молекулярные характеристики различных нейронов и их динамическое пространственное распределение. Ученые обнаружили, что субтипы нейральных стволовых клеток в вентрикулярной зоне на ранних стадиях развития трудно различимы, но начинают специализироваться и приобретать пространственные региональные характеристики с подростковой стадии. Это говорит о том, что разные субтипы могут выполнять разные функции во время регенерации.

Анализируя мозг в семь временных точек после травмы корковой области (2, 5, 10, 15, 20, 30 и 60 дней), ученые проследили процесс регенерации:

• На ранней стадии после травмы в области раны появились новые субтипы нейральных стволовых клеток.
• К 15-му дню в поврежденной области возникли частичные тканевые связи.
• На 20-й и 30-й день рана была заполнена новой тканью, но ее клеточный состав отличался от неповрежденной области.
• К 60-му дню типы клеток и их распределение вернулись к состоянию, идентичному неповрежденной области.

Сравнение молекулярных изменений во время развития и регенерации показало, что процесс образования нейронов в обоих случаях высоко схож. Это указывает, что травма мозга может индуцировать обратную трансформацию нейральных стволовых клеток в раннее эмбриональное состояние для запуска регенерации.

«Используя аксолотля в качестве модели, мы определили ключевые типы клеток в процессе регенерации мозга. Это открытие даст новые идеи и руководство для регенеративной медицины нервной системы млекопитающих», — пояснил соавтор-корреспондент статьи, заместитель директора BGI-Research, доктор Инь Гу.

В исследовании, получившем этическое одобрение, участвовали ученые из Китая, США и Дании, включая Гуандунскую народную больницу, Южно-Китайский педагогический университет, Уханьский университет, Шэньчжэньскую лабораторию залива и другие институты.