Складки людського мозку впізнаються миттєво. Звивисті виступи та глибокі борозни надають м’якій тканині всередині нашої голови структуру та вигляд зморшкуватого волоського горіха.
Зовнішній шар мозкової тканини складений у вершини, які називаються звивинами, та тріщини, які називаються борознами, так що його шматки можна втиснути в череп, і саме тут, на зморшкуватій поверхні мозку, відбувається пам’ять, мислення, навчання та міркування. .
Це згортання, або гірифікація , має вирішальне значення для правильної роботи мозку та схем – і, як кажуть, саме тому люди мають більші когнітивні здібності, ніж людиноподібні мавпи та слони, чий мозок має деякі складки, а також щури та миші, чий мозок із гладкою поверхнею їх не має.
Тепер команда вчених з’ясувала, чому деякі люди мають більше мозкових складок, ніж інші, у стані, який впливає на нормальний розвиток мозку, який називається полімікрогірією (PMG).
При полімікрогірії занадто багато звивин нагромаджуються одна на одну, що призводить до аномально товстої кори головного мозку та призводить до широкого спектру проблем, таких як затримка нервового розвитку, інтелектуальна недостатність, проблеми з мовленням та епілептичні припадки.
«До недавнього часу в більшості лікарень, де лікували пацієнтів із цим захворюванням, не проводили тестів на наявність генетичних причин», — пояснює Джозеф Глісон, нейробіолог із Каліфорнійського університету Сан-Дієго (UCSD), один з авторів нового дослідження.
Полімікрогірія буває багатьох форм, з локалізованим або поширеним кортикальним потовщенням, виявленим на скануванні мозку.
З цим захворюванням пов’язують мутації в 30 генах . Але як будь-яка з цих генетичних помилок, окремо чи в тандемі, призводить до перегорнутої тканини мозку, залишається незрозумілим. У багатьох випадках ПМГ також відсутня ідентифікована генетична причина.
Вважається, що це пов’язано із запізнілою міграцією клітин кори головного мозку на ранніх стадіях розвитку, що призводить до невпорядкованої кори. Кора — це зовнішній шар дволопатевої частини головного мозку, тонкий шар сірої речовини, що складається з мільярдів клітин .
Для подальшого дослідження Глісон співпрацював з дослідниками з Інституту досліджень генетики людини та геному в Каїрі, щоб отримати доступ до бази даних про майже 10 000 сімей з Близького Сходу, уражених тією чи іншою формою дитячого захворювання мозку.
Вони знайшли чотири родини з майже ідентичною формою PMG, усі з мутаціями в одному гені. Цей ген кодує білок, який тримається на поверхні клітин, з образною назвою трансмембранний білок 161B (TMEM161B). Але ніхто не знав, що це робить.
У наступних експериментах Глісон і його колеги показали, що TMEM161B міститься в більшості типів клітин мозку плода: у клітинах-попередниках, які ростуть у спеціалізовані нейрони, у зрілих нейронах, які збуджують або гальмують своїх сусідів, і в гліальних клітинах , які підтримують і захищають нейрони різними способами.
Однак TMEM161B належить до сімейства білків, які вперше з’явилися, еволюційно кажучи, в губках, які не мають мозку.
Це спантеличило Глісона та його колегу, нейробіолога з UCSD Лу Ванга, які задалися питанням, чи може білок опосередковано впливати на згортання кори, втручаючись у деякі основні клітинні властивості, які надають форму складним тканинам.
«Якщо ми визначили TMEM161B як причину, ми вирішили зрозуміти, як відбувається надмірне згортання», — говорить Ван, провідний автор дослідження.
Використовуючи стовбурові клітини , отримані зі зразків шкіри пацієнтів, дослідники створили органоїди , крихітні копії тканин, які самоорганізуються в пластикових чашках, як це роблять тканини й органи тіла. Але органоїди, виготовлені з клітин пацієнта, були дуже дезорганізовані та демонстрували пошкоджені радіальні гліальні волокна.
У мозку, що розвивається, ці клітини-попередники, які дають початок нейронам і глії, зазвичай розташовуються на вершині кори і простягаються радіально вниз до нижнього шару кортикальної тканини. Це створює систему риштувань, яка підтримує міграцію інших новоутворених клітин у міру розширення кори головного мозку.
Але без TMEM161B радіальні гліальні волокна в органоїдах втратили відчуття того, в якому напрямку орієнтуватися. Подальші експерименти також показали, що внутрішній цитоскелет клітин був безладним.
Таким чином, здається, що без власного внутрішнього скелета радіальні гліальні волокна не можуть бути каркасом, необхідним іншим клітинам, щоб знайти своє місце в мозку, що розвивається.
Хоча це відкриття є багатообіцяючим кроком вперед, що дає нам підказки щодо того, як розгортається стан, воно може мати відношення лише до невеликої чи ще невідомої частини випадків ПМГ.
Необхідно провести набагато більше досліджень, щоб конкретизувати наше розуміння того, скільки людей із ПМГ постраждали від мутацій у TMEM161B, але тепер дослідники знають, на що звертати увагу, вони можуть переглядати інші набори даних у пошуках нових випадків.
«Ми сподіваємося, що лікарі та вчені зможуть розширити наші результати, щоб покращити діагностику та лікування пацієнтів із захворюваннями головного мозку», — говорить Глісон. Це довгий, але обнадійливий шлях.
