Naukowcy odkryli kluczowe białko odpowiedzialne za asymetrię mózgu

Mechanizmy genetyczne leżące u podstaw specyficznych różnic między lewą i prawą stroną mózgu są obecnie lepiej poznane dzięki nowym badaniom, które torują drogę do lepszego zrozumienia ludzkich zaburzeń związanych z nieprawidłową asymetrią mózgu.

Białko o nazwie Cachd1 odgrywa kluczową rolę w ustalaniu odmiennej struktury neuronowej i funkcji po każdej stronie mózgu, odkryli badacze z UCL, Wellcome Sanger Institute, University of Oxford i inni współautorzy. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science.

Przeprowadzając eksperymenty genetyczne na danio pręgowanym, naukowcy odkryli, że gdy Cachd1 ulega mutacji, prawa strona mózgu traci swój normalny asymetryczny rozwój i staje się lustrzanym odbiciem lewej strony. To zaburzenie powoduje nieprawidłową łączność neuronalną, która wpływa na funkcjonowanie mózgu.

To odkrycie rzuca światło na mechanizmy genetyczne leżące u podstaw asymetrii mózgu, zjawiska obserwowanego u wielu gatunków zwierząt, w tym u ludzi. Zrozumienie tych procesów może prowadzić do lepszego zrozumienia ludzkich zaburzeń, w których asymetria mózgu jest zaburzona, takich jak schizofrenia, choroba Alzheimera i zaburzenia ze spektrum autyzmu.

Pomimo lustrzanego odbicia anatomicznego, lewa i prawa półkula ludzkiego mózgu mają funkcjonalne różnice, które wpływają na połączenia nerwowe i procesy poznawcze, takie jak język. W jaki sposób powstają te lewo-prawe różnice w obwodach nerwowych, jest nadal słabo poznane.

Naukowcy postanowili zbadać, w jaki sposób Cachd1 może wpływać na asymetrię mózgu, wykorzystując danio pręgowanego — organizm modelowy dobrze znany do badań nad rozwojem mózgu ze względu na jego przezroczyste zarodki.

Zespół odkrył, że gdy Cachd1 ulega mutacji, obszar mózgu zwany habenula traci swoje normalne rozróżnienie na lewą i prawą stronę. Neurony po prawej stronie stają się podobne do neuronów po lewej stronie, co zakłóca połączenia nerwowe w habenula i potencjalnie wpływa na jej funkcję.

Wyciszenie cachd1 przy użyciu morfolin powoduje symetrię dwustronną. (AB) Widok grzbietowy 4 dni po zapłodnieniu u larw dzikiego typu, którym nie wstrzykiwano cachd1, i larw, którym wstrzykiwano morfolino cachd1, po hybrydyzacji in situ w całości przy użyciu rybosond antysensowych przeciwko asymetrycznemu markerowi grzbietowej habenuli kctd12.1. (C) Półilościowa RT-PCR transkryptów cachd1. Źródło: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Eksperymenty nad wiązaniem białek wykazały, że Cachd1 wiąże się z dwoma receptorami, które umożliwiają komórkom komunikację poprzez szlak sygnałowy Wnt, jeden z najintensywniej badanych szlaków komunikacji komórkowej, odgrywający ważną rolę we wczesnym rozwoju, tworzeniu się komórek macierzystych i wielu chorobach.

Co więcej, efekty Cachd1 wydają się być specyficzne dla prawej półkuli mózgu, co sugeruje, że istnieje nieznany czynnik hamujący, który ogranicza jego aktywność po lewej stronie. Chociaż pełne szczegóły nie są jeszcze jasne, dane silnie sugerują, że Cachd1 odgrywa kluczową rolę w ustanowieniu rozróżnienia między lewą i prawą stroną rozwijającego się mózgu poprzez regulację komunikacji komórkowej, szczególnie po prawej stronie.

Przyszłe badania sprawdzą, czy Cachd1 ma inne ważne funkcje związane ze szlakiem Wnt.

„Był to projekt oparty na ścisłej współpracy, który w dużym stopniu skorzystał na interdyscyplinarnym podejściu – genetyka, biochemia i biologia strukturalna połączyły siły, aby lepiej zrozumieć powstawanie asymetrii lewej i prawej strony mózgu, a także zidentyfikować nowy składnik ważnej ścieżki sygnałowej o wielu rolach w zdrowiu i chorobie” – mówi dr Gareth Powell, współautor badania, były doktorant Wellcome Sanger Institute, a obecnie członek Wydziału Biologii Komórkowej i Rozwojowej UCL.

„Jestem zachwycony publikacją tego niezwykle wspólnego badania, które zgromadziło wielu utalentowanych ludzi o różnych zainteresowaniach badawczych i umiejętnościach z różnych instytutów. Wspólnie zespół umożliwił nam dokonanie ekscytujących nowych odkryć zarówno na temat szlaku sygnałowego Wnt, jak i rozwoju asymetrii mózgu” — powiedział profesor Steve Wilson, starszy autor badania i członek Wydziału Biologii Komórkowej i Rozwojowej UCL.