Как развивающийся спинной мозг выбирает, где «голова», а где «хвост»?
Учёные из Институтов Глэдстона создали органоид — трёхмерную структуру клеток, выращенную в лаборатории, — который имитирует ранние этапы развития нервной системы эмбриона. Этот органоид впервые показывает, как клетки человеческого спинного мозга приобретают ориентацию (направленность «голова-хвост») в эмбрионе.
Ключевые моменты исследования
- Процесс в эмбрионе: У эмбриона человека возрастом в несколько недель клетки, которым суждено стать позвоночником и спинным мозгом, начинают организовываться от головного конца к хвостовому (копчику). Этот процесс называется осевым удлинением (axial elongation).
- Неожиданное открытие: Исследователи, работая над органоидом из клеток мозга, обнаружили, что при определённых условиях кластеры клеток спонтанно начинают удлиняться, образуя структуры, напоминающие головастиков и развивающийся спинной мозг.
- Важность модели: Ранее этот процесс изучали на эмбрионах цыплят и мышей, но у человека, в отличие от этих животных, нет хвоста, поэтому наблюдения могли быть неполными. Новый органоид позволяет изучать человеческое развитие.
- Молекулярные механизмы: Учёные определили несколько необходимых для удлинения сигнальных молекул. Анализ активности генов показал, что в органоиде присутствуют клеточные и молекулярные паттерны, сходные с теми, что ранее находили в ранних эмбрионах мышей.
- Подтверждение роли гена: Используя технологию редактирования генома CRISPR-Cas9, исследователи «выключили» ген, важный для развития спинного мозга. Органоиды из этих отредактированных клеток не удлинялись нормально, что подтвердило ключевую роль этого гена в осевом удлинении.
Перспективы применения
- Изучение развития: Модель позволяет детально изучать клеточные и молекулярные аспекты удлинения спинного мозга человека в развивающейся эмбриональной среде.
- Скрининг токсинов: Органоид можно использовать для проверки того, как химические вещества или токсины, воздействию которых может подвергаться беременная женщина, влияют на развитие спинного мозга, не прибегая к экспериментам на человеческих эмбрионах.
- Понимание патологий: Модель может пролить свет на то, как нарушения в этом процессе приводят к ранним выкидышам и врождённым дефектам.
Исследование опубликовано в журнале Development.