Znanstveniki so odkrili ključni protein, odgovoren za asimetrijo možganov

Genetske mehanizme, na katerih temeljijo edinstvene razlike med levo in desno možgani, zdaj bolje razumemo z novimi raziskavami, ki utirajo pot za boljše razumevanje človeških motenj, povezanih z asimetrijo možganov.

Protein, imenovan Cachd1, ima ključno vlogo pri vzpostavljanju drugačne nevronske strukture in delovanja vsake strani možganov, so ugotovili raziskovalci z UCL, inštituta Wellcome Sanger, univerze v Oxfordu in drugi sodelavci. Študija je bila objavljena v Science.

Z izvajanjem genetskih poskusov na cebricah so raziskovalci odkrili, da ko pride do mutacije Cachd1, desna stran možganov izgubi normalen asimetrični razvoj in postane zrcalna slika leve strani. Ta motnja povzroča nenormalne nevronske povezave, ki vplivajo na delovanje možganov.

To odkritje osvetljuje genetske mehanizme, na katerih temelji asimetrija možganov, pojav, opažen pri številnih živalskih vrstah, vključno z ljudmi. Razumevanje teh procesov lahko vodi do boljšega razumevanja človeških motenj, pri katerih je asimetrija možganov motena, kot so shizofrenija, Alzheimerjeva bolezen in motnje avtističnega spektra.

Kljub svoji zrcalni anatomiji imata leva in desna hemisfera človeških možganov funkcionalne razlike, ki vplivajo na nevronske povezave in kognitivne procese, kot je jezik. Še vedno slabo razumemo, kako nastanejo te levo-desne razlike v nevronskih vezjih.

Raziskovalci so se odločili preučiti, kako bi lahko Cachd1 vplival na asimetrijo možganov, z uporabo rib cebrice – dobro znanega modelnega organizma za preučevanje razvoja možganov zahvaljujoč njihovim prozornim zarodkom.

Skupina je ugotovila, da ko je Cachd1 mutiran, predel možganov, imenovan habenula, izgubi normalno razlikovanje levo-desno. Nevroni na desni strani postanejo podobni nevronom na levi strani, kar prekine nevronske povezave v habenuli in lahko vpliva na njeno delovanje.

Knockdown cachd1 z uporabo morfolinov povzroči bilateralno simetrijo. (A-B) Dorzalni pogled 4 dni po oploditvi neinjiciranih divjih tipov in ličink, vbrizganih z morfolinom cachd1, po hibridizaciji in situ celotne montaže z uporabo protismiselnih ribosond proti asimetričnim dorzalnim markerjem habenule kctd12.1. (C) Semikvantitativni RT-PCR za transkripte cachd1. Vir: Znanost (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Poskusi z vezavo na beljakovine so pokazali, da se Cachd1 veže na dva receptorja, ki celicam omogočata komunikacijo prek signalne poti Wnt, ene najbolj intenzivno raziskanih celičnih komunikacijskih poti, ki ima pomembno vlogo pri zgodnjem razvoju, nastajanju matičnih celic in številnih boleznih.

Poleg tega se zdi, da je vpliv Cachd1 specifičen za desno stran možganov, kar kaže na prisotnost neznanega inhibitornega faktorja, ki omejuje njegovo aktivnost na levi strani. Čeprav vse podrobnosti še niso pojasnjene, dokazi močno kažejo, da ima Cachd1 ključno vlogo pri vzpostavljanju razlikovanja med levo in desno stranjo možganov v razvoju, tako da uravnava celično komunikacijo posebej na desni strani.

Prihodnje študije bodo preučile, ali ima Cachd1 druge pomembne funkcije, povezane s potjo Wnt.

»To je bil zelo sodelovalni projekt, ki mu je veliko koristil interdisciplinarni pristop – genetika, biokemija in strukturna biologija so se združile, da bi bolje razumele vzpostavljanje asimetrije levo-desno v možganih, pa tudi identificirale novo komponento pomembna signalna pot z več vlogami pri zdravju in boleznih,« pravi dr. Gareth Powell, soavtor študije, nekdanji doktorski študent na Inštitutu Wellcome Sanger in zdaj član Oddelka za celično in razvojno biologijo UCL.

»Vesel sem, da vidim objavo te zelo sodelovalne raziskave, ki je združila veliko nadarjenih ljudi z različnimi znanstvenimi interesi in veščinami iz različnih institucij. Skupaj nam je ekipa omogočila vznemirljiva nova odkritja v signalni poti Wnt in razvoju možganske asimetrije,« pravi profesor Steve Wilson, višji avtor študije z Oddelka za celično in razvojno biologijo UCL.