Исследователи из Университета Орегона с помощью дрозофилы определили стероидный гормон, который запускает жизненно важный переход в раннем развитии мозга, при котором нервные стволовые клетки должным образом переключают механизмы, чтобы производить различные типы нейронов.
Их открытие – фундаментальный прорыв для биологии и нейробиологии, подробно описанное в статье, опубликованной 10 апреля в журнале eLife – также может пролить новый свет на материнский гипотиреоз, состояние человека, при котором вырабатывается слишком мало щитовидной железы, что опасно для беременных и беременных женщин. их развивающиеся дети.
В своей статье команда UO, в которую также входил Брэндон Марк, аспирант биологии, связала гормон экдизон с ранее неизвестной последовательностью экспрессии генов в стволовых клетках дрозофилы. Гормон плодовой мушки, по сути, эквивалент гормона щитовидной железы человека, сказал ведущий автор исследования Мубарак Хуссейн Сайед, научный сотрудник лаборатории соавтора Криса Доу.
"Наше открытие является первым примером гормонов, регулирующих чувствительные ко времени переходы генов во время нейрогенеза, и предлагает захватывающее понимание того, как проблемы с передачей сигналов гормонов могут быть связаны с неврологическими заболеваниями," Сайед сказал. "Во время беременности дефицит гормона щитовидной железы может привести к тяжелым неврологическим дефектам, умственной отсталости и необратимому повреждению головного мозга плода."
Нормальное производство щитовидной железы у людей контролирует метаболизм пищи, который, в свою очередь, регулирует температуру тела и сердечный ритм. Когда уровень щитовидной железы слишком низкий, беременные женщины подвергаются риску выкидыша, гипертонии и преждевременных родов.
Плод нуждается в щитовидной железе от матери в течение первых 12 недель беременности, после чего плод может производить свои собственные. Младенцы, рожденные от матерей с невыявленным или нелеченным гипотиреозом, подвержены риску плохого развития мозга и неспособности к обучению.
У личинок плодовой мухи, использованных в исследовании, действие гормона зависело от своевременного появления его рецептора, который появляется на полпути личиночной жизни в нервных стволовых клетках. Это жизненно важный этап, на котором изменения в экспрессии генов необходимы для контроля количества и идентичности различных нейронов, необходимых для завершения формирования мозга.
"«Плодовые мушки позволяют нам изучать развитие мозга в более простом организме с более коротким жизненным циклом и более доступным мозгом, но в то же время обладающим большим количеством генетической информации, что и люди», – сказал Сайед, работающий в Институте нейробиологии Университета штата Вашингтон. молекулярной биологии, где он работает с Доу.
Доу, который также является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза в UO, был избран 2 мая в Национальную академию наук в знак признания его работы в области развития клеток, в том числе нервных стволовых клеток и развития центральной нервной системы у плодовых мух.
Нервные стволовые клетки делятся, давая начало всем различным типам клеток в головном мозге. Как они это делают – загадка, которую Доу изучал годами. Предыдущая работа в его лаборатории показала, что стволовые клетки могут со временем экспрессировать разные гены, изменяя идентичность нейронов, которые они производят.
Развитие человеческого мозга начинается на третьей неделе беременности, когда группа стволовых клеток, известных как нервные стволовые клетки, выделяется для образования всего мозга.
"Для развития человеческого мозга требуются аналогичные переходы в типах нейронов, производимые нервными стволовыми клетками во время внутриутробного развития плода," Доу сказал. "Неспособность создать полный и разнообразный набор нейронов будет иметь катастрофические последствия для развития мозга."
Такая неспособность передать экспрессию гена может привести к пролиферации клеток, продуцирующих опухоли.
"Нервные стволовые клетки плодовой мухи со временем будут делиться, образуя все больше и больше различных типов клеток мозга," Сайед сказал. "Интересный и важный вопрос: как генерируются все эти разные типы клеток мозга?? Как нейронные стволовые клетки знают, когда прекратить производство этих нейронов?"
Используя личинки дрозофилы, команда UO стремилась определить последовательность экспрессии генов и механизм, с помощью которого нервные стволовые клетки переключаются с экспрессии одного гена на экспрессию следующего. Это также помогает понять, как нервные стволовые клетки знают, когда следует прекратить деление.
Блокируя гормональную передачу сигналов в нервных стволовых клетках в экспериментах, команда Сайеда смогла показать важность гормона.
"Определив клеточный механизм, с помощью которого передача сигналов гормонов регулирует развитие мозга, мы приближаемся к пониманию того, как эти процессы способствуют развитию нервных и нейродегенеративных заболеваний," Сайед сказал.