Исследование было опубликовано в журнале PLOS Biology соавтором Беннеттом Новичем, членом Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и сотрудниками Института Фрэнсиса Крика в Лондоне, Великобритания. облегчение производства мотонейронов из стволовых клеток в лаборатории. Моторные нейроны, полученные из стволовых клеток, можно использовать для восстановления больного или поврежденного спинного мозга и для изучения нейродегенеративных заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз (также известный как болезнь Лу Герига) и спинальная мышечная атрофия.
«Это исследование дает беспрецедентно подробное представление о том, как эмбрионы производят различные типы клеток, обнаруженные в зрелом спинном мозге», — сказала Нович, профессор нейробиологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Новые экспериментальные методы, которые мы использовали, в сочетании с совместными усилиями биологов и специалистов по информатике, позволяют нам по-новому взглянуть на безупречную точность эмбрионального развития».Во время эмбрионального развития спинного мозга различные типы нервных клеток образуются из клеток-предшественников, называемых нейральными предшественниками. Уже давно известно, что разные типы нейронов формируются с разной скоростью во время развития, причем двигательные нейроны формируются быстрее, чем другие типы нервных клеток, населяющих спинной мозг. Однако исследователи не знали, почему и как двигательные нейроны развиваются таким образом.
Исследовательская группа использовала новейшие молекулярные методы, чтобы оценить, как активность генов изменяется по мере формирования нейронов. Это было достигнуто с использованием подхода, называемого профилированием транскрипции отдельных клеток, который позволяет одновременно измерять активность всех генов в отдельных клетках.
Это дало команде снимки глобальной активности генов примерно в 200 клетках, которые находились в процессе превращения в двигательные нейроны. Чтобы проанализировать эти данные, команда разработала специальное компьютерное программное обеспечение, чтобы реконструировать изменение активности генов при формировании двигательных нейронов.Анализ показал, что белок, продуцируемый геном Olig2, который экспрессируется только в нейронных предшественниках, которые создают двигательные нейроны, способствует формированию двигательных нейронов, вмешиваясь в активность нескольких членов другого семейства генов — генов Hes.
Известно, что гены Hes предотвращают развитие нейронов. Исследователи подтвердили роль Olig2 в стимулировании образования моторных нейронов путем увеличения или блокирования функции Olig2 в спинном мозге развивающихся эмбрионов мыши и курицы, а также во время образования моторных нейронов в эмбриональных стволовых клетках мыши.«Во время эмбрионального развития нервная система строится в соответствии с точным планом, ключевые части формируются в определенное время и в определенном месте и с соответствующими числами.
Наши исследования проливают свет на то, как этот процесс организован специально для развития двигательных нейронов», — сказал Нович.