Учените откриват ключов протеин, отговорен за асиметрията на мозъка

Генетичните механизми, лежащи в основата на уникалните разлики между лявото и десното полукълбо в мозъка, вече са по-добре разбрани благодарение на нови изследвания, което проправя пътя за по-добро разбиране на човешките разстройства, свързани с анормална мозъчна асиметрия.

Протеин, наречен Cachd1, играе ключова роля в установяването на различната невронна структура и функция от всяка страна на мозъка, установиха изследователи от UCL, Института Wellcome Sanger, Оксфордския университет и други съавтори. Изследването е публикувано в списание Science.

Чрез провеждане на генетични експерименти върху рибки зебра, изследователите открили, че когато Cachd1 е мутиран, дясната страна на мозъка губи нормалното си асиметрично развитие и се превръща в огледален образ на лявата страна. Това разстройство причинява анормална невронна свързаност, която засяга мозъчната функция.

Това откритие хвърля светлина върху генетичните механизми, лежащи в основата на мозъчната асиметрия, феномен, наблюдаван при много животински видове, включително хора. Разбирането на тези процеси може да доведе до по-добро разбиране на човешките разстройства, при които мозъчната асиметрия е нарушена, като шизофрения, болест на Алцхаймер и разстройства от аутистичния спектър.

Въпреки огледалната си анатомия, лявото и дясното полукълбо на човешкия мозък имат функционални различия, които влияят на невронните връзки и когнитивните процеси, като например езика. Как възникват тези ляво-дясно разлики в невронните вериги, все още е слабо разбрано.

Използвайки зебра – добре познат моделен организъм за изучаване на развитието на мозъка поради прозрачните им ембриони – изследователите се заеха да проучат как Cachd1 може да повлияе на мозъчната асиметрия.

Екипът установи, че когато Cachd1 е мутиран, област от мозъка, наречена habenula, губи нормалното си разграничение между ляво и дясно. Невроните от дясната страна стават подобни на невроните от лявата страна, което нарушава невронните връзки в habenula и потенциално засяга нейната функция.

Нокдаунът на cachd1 с помощта на морфолино води до двустранна симетрия. (AB) Дорзален изглед на 4 дни след оплождането при неинжектирани ларви от див тип и ларви, инжектирани с cachd1 морфолино, след in situ хибридизация на цялото тяло с помощта на антисенс рибопроби срещу асиметричния маркер на дорзалната хабенула kctd12.1. (C) Полуколичествена RT-PCR на cachd1 транскрипти. Източник: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Експерименти за свързване с протеини показаха, че Cachd1 се свързва с два рецептора, които позволяват на клетките да комуникират чрез Wnt сигналния път, един от най-интензивно изучаваните клетъчни комуникационни пътища, който играе важна роля в ранното развитие, образуването на стволови клетки и много заболявания.

Освен това, ефектите на Cachd1 изглежда са специфични за дясната страна на мозъка, което предполага, че има неизвестен инхибиторен фактор, който ограничава активността му от лявата страна. Въпреки че пълните подробности все още не са ясни, данните категорично показват, че Cachd1 играе ключова роля в установяването на разграничението между лявата и дясната страна на развиващия се мозък, като регулира клетъчната комуникация специфично от дясната страна.

Бъдещи проучвания ще изследват дали Cachd1 има други важни функции, свързани с Wnt пътя.

„Това беше силно съвместен проект, който се възползва значително от интердисциплинарен подход – генетиката, биохимията и структурната биология се обединиха, за да разберат по-добре установяването на ляво-дясна асиметрия в мозъка, както и да идентифицират нов компонент на важен сигнален път с множество роли в здравето и болестите“, казва д-р Гарет Пауъл, съавтор на изследването, бивш докторант от Института Wellcome Sanger и сега член на катедрата по клетъчна и развойна биология на UCL.

„Радвам се да видя публикуването на това силно съвместно проучване, което събра много талантливи хора с различни изследователски интереси и умения от различни институти. Заедно екипът ни позволи да направим вълнуващи нови открития както за Wnt сигналния път, така и за развитието на мозъчната асиметрия“, каза професор Стив Уилсън, старши автор на изследването и член на катедрата по клетъчна и развойна биология на UCL.