ที่ซึ่งเซลล์ประสาทเริ่มต้นในสมองไม่จำเป็นต้องอยู่ที่จุดสิ้นสุด

ที่ซึ่งเซลล์ประสาทเริ่มต้นในสมองไม่จำเป็นต้องอยู่ที่จุดสิ้นสุด
Advertisements

The การพัฒนาสมองของทารกในครรภ์เกี่ยวข้องกับการสร้างและการย้ายเซลล์ประสาทหลายพันล้านเซลล์ในระหว่างตั้งครรภ์ เครดิต: Veronika Mertens

นักวิจัยติดตามการย้ายเซลล์ของทารกในครรภ์ที่กำลังพัฒนา สมองเป็นครั้งแรกโดยย้อนรอยการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่บันทึกไว้ในสมองผู้ใหญ่ที่เสียชีวิต

การพัฒนาของสมองมนุษย์ยังคงอยู่ กระบวนการลึกลับส่วนใหญ่ที่แข่งจากหลอดประสาทของตัวอ่อนและจบลงด้วยเซลล์ประสาทที่เชื่อมต่อถึงกันมากกว่า 100 พันล้านเซลล์ในสมองของทารกแรกเกิด เพื่อให้บรรลุความมหัศจรรย์ทางวิศวกรรมชีวภาพนี้ โดยเฉลี่ยแล้ว สมองของทารกในครรภ์ที่กำลังพัฒนาจะต้องเติบโตในอัตราประมาณ 250,000 เซลล์ประสาทต่อนาทีตลอดการตั้งครรภ์

เซลล์ประสาทเหล่านี้มักถูกสร้างขึ้นห่างไกลจากที่ที่พวกมันจะอาศัยอยู่และทำงานในสมองใหม่ในที่สุด ซึ่งเป็นการย้ายถิ่นที่ได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวางในแบบจำลองสัตว์โดยใช้ตัวติดตามทางเคมีหรือทางชีววิทยา แต่ไม่เคยมีการศึกษาโดยตรงในมนุษย์ นั่นคือจนถึงตอนนี้

ในบทความใหม่ที่ตีพิมพ์ออนไลน์เมื่อวันที่ 20 เมษายน 2022 ในวารสาร ธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์จาก University of California San Diego School of Medicine และ Rady Children’s Institute of Genomic Medicine อธิบายวิธีการใหม่ในการอนุมานการเคลื่อนไหวของเซลล์สมองของมนุษย์ในระหว่างการพัฒนาของทารกในครรภ์โดย ศึกษาผู้ใหญ่ที่มีสุขภาพดีซึ่งเพิ่งเสียชีวิตจากสาเหตุตามธรรมชาติ

“ทุกครั้งที่เซลล์แบ่งออกเป็นสองเซลล์ลูกสาว โดยบังเอิญ มีการกลายพันธุ์ใหม่เกิดขึ้นอย่างน้อยหนึ่งครั้ง ซึ่งทิ้งร่องรอยของ breadcrumbs ที่อ่านออกโดยสมัยใหม่

DNA หรือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก เป็นโมเลกุลที่ประกอบขึ้น ของนิวคลีโอไทด์ยาวสองเส้นที่พันกันเป็นเกลียวคู่ มันเป็นสารพันธุกรรมในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เกือบทั้งหมดที่มีคำสั่งทางพันธุกรรมสำหรับการพัฒนา การทำงาน การเจริญเติบโต และการสืบพันธุ์ เกือบทุกเซลล์ในร่างกายของบุคคลมี DNA เหมือนกัน DNA ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ (ซึ่งเรียกว่า DNA นิวเคลียร์) แต่ยังพบ DNA จำนวนเล็กน้อยในไมโตคอนเดรีย (ซึ่งเรียกว่าไมโตคอนเดรียดีเอ็นเอหรือ mtDNA)

” data-gt- translate-attributes=” “>DNA
ซีเควนเซอร์” ผู้เขียนอาวุโส Joseph Gleeson, MD, Radi ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาที่ UC San Diego School of Medicine และผู้อำนวยการวิจัยด้านประสาทวิทยาที่ Rady กล่าว Children’s Institute for Genomic Medicine.

“ด้วยการพัฒนาวิธีการอ่านการกลายพันธุ์เหล่านี้ทั่วทั้งสมอง เราสามารถเปิดเผยข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับรูปร่างของสมองมนุษย์เมื่อเปรียบเทียบกับ สายพันธุ์อื่นๆ”


โครงสร้างของนีโอคอร์เทกซ์ของมนุษย์รองรับลักษณะเฉพาะของสปีชีส์และสะท้อนถึงโปรแกรมการพัฒนาที่สลับซับซ้อน ในที่นี้ เราพยายามสร้างกระบวนการใหม่ที่เกิดขึ้นระหว่างการพัฒนาในระยะแรกโดยการสุ่มตัวอย่างเนื้อเยื่อของมนุษย์ที่โตเต็มวัย เราวิเคราะห์นีโอคอร์ติคัลโคลนใน สมองมนุษย์หลังการชันสูตรพลิกศพผ่านการประเมินที่ครอบคลุมของโซมาติกโมเสคของสมองซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องบันทึกสายเลือดที่เป็นกลาง เรารวมการสุ่มตัวอย่างจากตำแหน่งทางกายวิภาคที่แตกต่างกัน 25 แห่งพร้อมการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดอย่างลึกซึ้ง ในบุคคลที่เสียชีวิตจากโรคทางระบบประสาทและยืนยันผลลัพธ์ด้วยตัวอย่างห้าตัวอย่างที่รวบรวมจากผู้บริจาคเพิ่มเติมแต่ละรายสามคน เราระบุรูปแบบโมเสคที่แท้จริง 259 แบบจากกรณีของดัชนี จากนั้นจึงแยกองค์กรทางภูมิศาสตร์ ประเภทเซลล์ และกลุ่มย่อยที่แตกต่างกันออกไปทั่วทั้งสมองและอวัยวะอื่นๆ เราพบว่าสำเนาพันธุ์ที่ได้รับหลังจากการสะสมของบรรพบุรุษ 90–200 ในเปลือกสมองมีแนวโน้มที่จะเคารพแกนกึ่งกลาง ก่อนแกนหน้า-หลังหรือส่วนใน-หลัง ซึ่งแสดงถึงลำดับชั้นรองตามรูปแบบโดยรวมของโดเมนสมองส่วนหน้าและส่วนหลัง สำเนาพันธุ์ทั่วเซลล์ที่ได้รับจาก neocortically มีความสอดคล้องกับแหล่งกำเนิดคู่จากทั้งประชากรเซลล์ด้านหลังและหน้าท้อง คล้ายกับสัตว์ฟันแทะ ในขณะที่เชื้อสาย microglia นั้นแตกต่างจากเซลล์สมองอื่น ๆ ข้อมูลของเราให้การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมเกี่ยวกับโซมาติกโมเสคของสมองทั่วทั้งนีโอคอร์เทกซ์ และแสดงให้เห็นต้นกำเนิดของเซลล์และรูปแบบการกระจายต้นกำเนิดภายในสมองของมนุษย์

แม้ว่าจะมี DNA อยู่ 3 พันล้านเบส — และมากกว่า 30 ล้านล้านเซลล์ในร่างกายมนุษย์ Gleeson และเพื่อนร่วมงานได้เน้นความพยายามของพวกเขาในการกลายพันธุ์ของ DNA เพียงไม่กี่ร้อยครั้งที่อาจเกิดขึ้นในช่วงการแบ่งเซลล์สองสามครั้งแรกหลังจากการปฏิสนธิของ ตัวอ่อนหรือในช่วงแรกของการพัฒนาสมอง โดยการติดตามการกลายพันธุ์เหล่านี้ทั่วทั้งสมองในบุคคลที่เสียชีวิต พวกเขาสามารถสร้างพัฒนาการของสมองมนุษย์ขึ้นใหม่เป็นครั้งแรก

เพื่อให้เข้าใจประเภทของเซลล์ที่แสดงเบรดครัมบ์เหล่านี้ พวกเขาพัฒนาวิธีการแยกเซลล์หลักแต่ละประเภทในสมอง ตัวอย่างเช่น การทำโปรไฟล์การกลายพันธุ์ในเซลล์ประสาทกระตุ้นเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ประสาทที่ยับยั้ง พวกเขายืนยันความสงสัยที่มีมาช้านานว่าเซลล์ทั้งสองชนิดนี้ถูกสร้างขึ้นในเขตเชื้อโรคต่างๆ ของสมอง จากนั้นจึงผสมเข้าด้วยกันในเยื่อหุ้มสมองชั้นนอกสุด ของอวัยวะ

อย่างไรก็ตาม พวกเขายังค้นพบว่าการกลายพันธุ์ที่พบในซีกซ้ายและซีกขวาของสมองนั้นแตกต่างจากกัน อย่างน้อยก็ในมนุษย์ — สมองซีกโลกทั้งสองแยกออกจากกันระหว่างการพัฒนาเร็วกว่าที่สงสัยก่อนหน้านี้มาก

ผลลัพธ์มีนัยสำหรับโรคบางอย่างของมนุษย์ เช่น โรคลมบ้าหมูที่รักษาไม่หาย ซึ่งผู้ป่วยแสดงอาการชักโดยธรรมชาติและจำเป็นต้อง Martin W. Breuss, PhD, อดีตนักวิทยาศาสตร์โครงการที่ UC San Diego และปัจจุบันเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ University of Colorado School of Medicine กล่าวว่าการผ่าตัดเพื่อขจัดโฟกัสของลมบ้าหมู

Breuss เป็นผู้เขียนร่วมกับ Xiaoxu Yang ปริญญาเอก นักวิชาการดุษฎีบัณฑิต และ Johannes CM Schlachetzki, MD, นักวิทยาศาสตร์โครงการ ทั้งที่ UC San Diego; และ Danny Antaki, PhD, อดีตนักวิชาการดุษฎีบัณฑิตที่ UC San Diego ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ Twist Biosciences

“การศึกษานี้” ผู้เขียนกล่าวว่า “ไขปริศนาเกี่ยวกับ เหตุใดจุดโฟกัสเหล่านี้จึงมักจำกัดอยู่ในสมองซีกเดียว การใช้ผลลัพธ์เหล่านี้กับสภาวะทางระบบประสาทอื่นๆ สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจความลึกลับของสมองมากขึ้น”

ข้อมูลอ้างอิง: “Somatic mosaicism เผยให้เห็นการกระจายตัวของโคลนของการพัฒนา neocortical” โดย Martin W. Breuss , Xiaoxu Yang, Johannes CM Schlachetzki, Danny Antaki, Addison J. Lana, Xin Xu, Changuk Chung, Guoliang Chai, Valentina Stanley, Qiong Song, Traci F. Newmeyer, An Nguyen, Sydney O’Brien, Marten A. Hoeksema, Beibei Cao, Alexi Nott, Jennifer McEvoy-Venneri, Martina P. Pasillas, Scott T. Barton, Brett R. Copeland, Shareef Nahas, Lucitia Van Der Kraan, Yan Ding, NIMH Brain Somatic Mosaicism Network, Christopher K. Glass และ Joseph G. กลีสัน, 20 เมษายน 2022, ธรรมชาติ.
ดอย: 10.1038/s41586-022-04602-7

ผู้เขียนร่วม ได้แก่ Xin Xu, Changuk Chung, Guoliang Chai, Valentina Stanley, Qiong Song, Traci F. Newmeyer, An Nguyen, Beibei Cao, Jennifer McEvoy-Venneri และ Brett R. Copeland, al l ที่ UC San Diego และ Rady Children’s Institute for Genomic Medicine; Addison J. Lana, Sydney O’Brien, Marten A. Hoeksema, Alexi Nott, Martina P. Pasilla, Scott T. Barton และ Christopher K. Glass ทั้งหมดที่ UC San Diego; Shareef Nahas, Lucitia Van Der Kraan และ Yan Ding, Rady Children’s Institute for Genomic Medicine และ NIMH Brain Somatic Mosaicism Network

เงินทุนสำหรับการวิจัยนี้ส่วนหนึ่งมาจาก สถาบันการแพทย์ Howard Hughes, สถาบันสุขภาพจิตแห่งชาติ (มอบ MH108898, RO1 MH124890, R21 AG070462), สถาบันแห่งชาติด้านการสูงวัย (ให้ RF1 AGO6106-02, R01 AGO56511-02, R01 NS096170-04) และ UC San Diego IGM Genomics Center (S10 OD026929).

อ่านเพิ่มเติม

Author: University of California - San Diego

Leave a Reply Cancel reply