Исследование дифференцировки нейронов в мозге плодовой мушки

Мозг высших животных состоит из разнообразных типов нейронов. Однако в процессе эмбрионального развития изначально имеется лишь небольшой пул клеток-предшественников. Учёные исследуют, как нейральные стволовые клетки — нейробласты — делятся и последовательно производят специализированные нейроны.

В новой работе, опубликованной в eLife, исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне изучили этот процесс в оптической медиулле Drosophila melanogaster (плодовой мушки).

Роль временных факторов транскрипции

При делении и дифференцировке нейробласты экспрессируют временные факторы транскрипции (TTF), которые определяют судьбу дочерних клеток. Эти факторы, такие как eyeless и sloppy-paired, экспрессируются в определённом порядке и служат маркерами стадии развития нейробласта.

«Нам очень хотелось понять молекулярные механизмы, которые управляют переходом нейробластов от экспрессии одного временного фактора транскрипции к следующему», — сказала Алоканнанда Рэй.

Ключевая роль некодирующих участков ДНК

Используя генетику, репортёрные анализы, иммуноокрашивание и микроскопию, учёные обнаружили, что два некодирующих региона (энхансера) рядом с генами sloppy-paired необходимы для правильной экспрессии этого TTF. Удаление этих энхансеров с помощью CRISPR привело к полному отсутствию экспрессии sloppy-paired в нейробластах медиуллы.

«Снаружи мы не видим морфологических изменений... но нейроны, генерируемые на стадии sloppy-paired, будут отсутствовать в мозге», — отметил Синь Ли.

Механизм переключения стадий

Второе важное открытие: механизм Notch-сигналинга работает совместно с предыдущими TTF для активации экспрессии следующих. Notch-сигналинг не только важен для регуляции экспрессии TTF, но и его способ регуляции зависит от стадии нейрогенеза.

«Один TTF требуется для активации следующего TTF, но этого недостаточно для перехода», — объяснил Ли. — «После каждого клеточного цикла Notch-сигналинг будет дальше активировать следующий TTF, пока не будет достигнут определённый уровень, после чего он подавит предыдущий TTF, и произойдёт переход».

Значение исследования

Хотя TTF различаются у разных животных, Notch-сигналинг высоко консервативен. Понимание молекулярных механизмов регуляции дифференцировки нейронов у мухи может быть перенесено на других высших животных.

«Идентификация молекулярных детерминант, или энхансеров, необходимых для перехода... даёт нам представление о том, как могут регулироваться и другие переходы», — сказала Рэй.

Исследователи планируют идентифицировать другие энхансеры, с которыми связываются предыдущие TTF для активации последующих факторов.