Исследователи из Йельского университета (Yale University) использовали органоиды, созданные из стволовых клеток, и специально разработанное устройство под названием Дуэт (Duet). Это устройство позволило выставить органоиды двум ключевым морфогенам — WNT и Sonic Hedgehog (SHH). Морфогены играют важную роль в регуляции раннего развития мозга, направляя стволовые клетки к дифференцировке в специализированные клетки мозга.
Результаты исследования
Исследование показало, что воздействие WNT и SHH всего за пять дней активирует генные программы, которые определяют структуру и состав клеток мозга. Морфоген WNT работает вдоль задней оси центральной нервной системы, а SHH — вдоль вентро-дорсальной оси.
Ученые обнаружили, что чувствительность стволовых клеток к этим морфогенам варьируется как между донорами, так и внутри одного человека. Это указывает на наличие как генетических, так и эпигенетических факторов, влияющих на развитие мозга. Например, у одних линий стволовых клеток была более высокая чувствительность к WNT, что приводило к активации генов в нижней части мозга, а у других — к SHH, что активировало гены в базальных ганглиях.
Также было обнаружено, что гены, отвечающие за иммунный ответ и метаболизм клеток, могут значительно различаться среди разных клеточных линий, даже полученных от одного человека. Это подчеркивает гибкую природу развития мозга и возможность индивидуальных различий на молекулярном уровне.
Заключение
Результаты исследования демонстрируют, что развитие человеческого мозга зависит от относительно короткого воздействия ключевых морфогенов и является устойчивым к изменениям экспрессии генов. Это открывает новые возможности для моделирования и понимания процессов развития мозга, связанных с конкретными людьми.
Профессор Флора Ваккарино (Flora Vaccarino), соавтор исследования, отмечает: «Это новая глава в понимании того, как мы развиваемся и как можно влиять на развитие геномных изменений между людьми и эпигенетических модификаций внутри людей».
Исследование было поддержано Национальным институтом здравоохранения и премией новаторов Йельского института нейробиологии Кавли (Yale Kavli Neuroscience Institute).
Литература
“Specification of human brain regions with orthogonal gradients of WNT and SHH in organoids reveals patterning variations across cell lines” by Flora Vaccarino et al. Cell Stem Cell
