Переключение мышиных нейральных стволовых клеток на примато-подобное поведение

Экспрессия правильного гена правильным образом в правильной популяции стволовых клеток может привести к появлению у развивающегося мозга мыши черт, характерных для приматов. В исследовании, опубликованном 7 августа в журнале PLOS Biology, учёным из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка (MPI-CBG) удалось имитировать в мышиных клетках-предшественниках коры головного мозга устойчивую экспрессию фактора транскрипции Pax6, характерную для развивающегося человеческого мозга. Это изменило поведение этих клеток на аналогичное поведению предшественников в развивающейся коре больших полушарий (неокортексе) приматов. В результате мышиные клетки-предшественники произвели больше нейронов — необходимое условие для увеличения размера мозга.

Неокортекс состоит из разных типов клеток-предшественников, но один конкретный класс — базальные прогениторные клетки — ведут себя по-разному у животных с маленьким мозгом (например, мышей) и с большим мозгом (например, человека). У человека базальные прогениторные клетки могут проходить несколько циклов деления, существенно увеличивая количество нейронов и, в конечном счёте, размер неокортекса. У мышей эти клетки обычно делятся только один раз, что ограничивает количество производимых нейронов. Одной из возможных причин этого различия в пролиферативной способности может быть разная экспрессия гена Pax6 у разных видов. В отличие от человека, мышиные базальные прогениторные клетки не экспрессируют Pax6.

Для проверки этой гипотезы была создана новая трансгенная линия мышей, позволившая поддерживать экспрессию Pax6 в линии кортикальных стволовых клеток, в том числе в базальных прогениторных клетках. После введения гена Pax6 в стволовые клетки этих мышей устойчивая экспрессия Pax6 в мышиных базальных прогениторных клетках увеличила их способность к многократным делениям, что типично для приматов. Это не только увеличило популяцию базальных прогениторных клеток, отчасти напоминая ситуацию у животных с большим мозгом, но и привело к увеличению количества кортикальных нейронов, особенно в верхнем слое — ещё одной характерной черте расширенного неокортекса.

Полученные данные демонстрируют, как изменение экспрессии одного ключевого гена может существенно повлиять на развитие мозга, и вносят вклад в понимание молекулярных механизмов эволюционного расширения неокортекса — отличительной черты видов с более высокими когнитивными функциями.