دو نیروی پنهان سرنوشت مغز انسان را پیش از تولد شکل میدهند
دانشمندان در دو مطالعه جدید به شواهدی دست یافتهاند که نشان میدهد شکلگیری مغز انسان پیش از تولد تنها به برنامههای ژنتیکی محدود نیست بلکه دو عامل کمتر مورد توجه نیز میتوانند در تصمیمگیری سلولهای بنیادی مغز نقش داشته باشند؛ نحوه پردازش مواد مغذی در سلولها و سیگنالهای فیزیکی دریافتشده از بخشهای دیگر مغز در حال رشد.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از انگجت، این یافتهها که در دو مقاله جداگانه در مجلات Cell و Science منتشر شدهاند تصویر دقیقتری از نحوه شکلگیری قشر مغز انسان و تولید طیف گستردهای از سلولهای عصبی ارائه میکنند.
سلولهایی که سرنوشت مغز را تعیین میکنند
پیش از تولد بخش قابل توجهی از روند شکلگیری مغز انسان تحت تاثیر نوعی سلول بنیادی تخصصیافته به نام گلیاهای شعاعی (Radial Glia) قرار دارد. این سلولها نقش مهمی در تعیین نوع سلولهای مغزی، زمان تولید آنها و چگونگی شکلگیری قشر مغز دارند؛ بخشی از مغز که در عملکردهایی مانند تفکر، حافظه و زبان نقش دارد.
گلیاهای شعاعی منشأ بسیاری از نورونها و سلولهای پشتیبان موجود در قشر مغز هستند. دانشمندان همچنین معتقدند این سلولها نقش مهمی در گسترش چشمگیر قشر مغز انسان در مقایسه با بسیاری از گونههای دیگر داشتهاند.
بیشتر سلولهای گلیای شعاعی پیش از تولد از بین میروند با این حال سلولهایی با ویژگیهای مشابه میتوانند بعدها در برخی سرطانهای مغزی ظاهر شوند؛ پدیدهای که علت دقیق آن هنوز بهطور کامل مشخص نشده است.
آپارنا بهادوری، استادیار شیمی زیستی در دانشکده پزشکی دیوید گفن دانشگاه کالیفرنیا، لسآنجلس (UCLA) درباره اهمیت این سلولها گفت: گلیاهای شعاعی جالبترین سلولهایی هستند که تاکنون وجود داشتهاند. آنها واقعا برای انسان شدن ما کلیدی هستند، اما در عین حال در مرکز بسیاری از اختلالات رشد عصبی و اختلالات عصبیروانی و همچنین سرطان قرار دارند.
به گفته او درک نحوه تصمیمگیری این سلولها میتواند به شناخت بهتر چگونگی شکلگیری برخی از این بیماریها کمک کند.
متابولیسم چگونه سرنوشت سلولهای بنیادی مغز را تغییر میدهد؟
در مطالعه منتشرشده در Cell پژوهشگران نقشهای دقیق از فعالیتهای متابولیکی در قشر مغز در حال رشد انسان تهیه کردند. این پروژه با همکاری آزمایشگاه بهادوری و آزمایشگاه هدر کریستوفک انجام شد و جسنیا میل و خوزه سوتو از نویسندگان اول مشترک آن بودند.
پژوهشگران برای انجام این مطالعه از بافت اهدایی انسان و همچنین ارگانوئیدهای مغزی استفاده کردند؛ ساختارهای آزمایشگاهی سهبعدی که از سلولهای بنیادی ایجاد میشوند و برخی ویژگیهای رشد مغز انسان را بازسازی میکنند.
نتایج نشان داد که متابولیسم در سلولهای در حال رشد تنها وظیفه تامین انرژی و مواد اولیه را بر عهده ندارد بلکه میتواند مستقیما بر سرنوشت سلولهای بنیادی مغز و نوع سلولهایی که در نهایت تولید میکنند تاثیر بگذارد.
گلیاهای شعاعی بهشدت به مسیر پنتوز فسفات (Pentose Phosphate Pathway) وابسته بودند، یک مسیر متابولیکی که از گلوکز برای تولید مولکولهای مورد نیاز سلولهای در حال تقسیم سریع استفاده میکند.
زمانی که پژوهشگران میزان گلوکز را کاهش دادند یا این مسیر متابولیکی را مختل کردند رفتار گلیاهای شعاعی تغییر کرد. این سلولها دیگر همان ترکیب معمول سلولها را تولید نکردند و به سمت تولید تعداد بیشتری از نورونهای مهاری و برخی دیگر از انواع سلولی که معمولاً در مراحل دیرتر رشد مغز ظاهر میشوند تغییر مسیر دادند.
بهادوری در توضیح این یافته گفت: آنچه شگفتانگیز بود این است که متابولیسم فقط چیزی نیست که بهصورت غیرفعال در پسزمینه اتفاق میافتد، بلکه میتواند واقعاً نحوه تصمیمگیری سلولهای بنیادی را کنترل کند.
به گفته پژوهشگران این یافته میتواند راهی برای بررسی تأثیر تغذیه مادر، اختلالات متابولیکی و سایر عوامل محیطی بر مغز در حال رشد فراهم کند.
نقشه متابولیکی تهیهشده در این پروژه نیز میتواند بهعنوان یکی از منابع جامع برای مطالعه فعالیتهای متابولیکی در جریان رشد مغز انسان مورد استفاده قرار گیرد.
پیام غیرمنتظرهای که از تالاموس به سلولهای مغزی میرسد
مطالعه دوم که در مجله Science منتشر شده و کلودیا نگوین نویسنده اول آن است به جای متابولیسم، بر نوع دیگری از پیامهای دریافتی گلیاهای شعاعی تمرکز داشت.
پژوهشگران در این مطالعه به سراغ تالاموس رفتند؛ ساختاری در عمق مغز که در انتقال اطلاعات در سراسر دستگاه عصبی نقش دارد.
دانشمندان از مدتها قبل میدانستند که نورونهای تالاموس رشتههای عصبی بلندی را به سمت قشر مغز ارسال میکنند. این زوائد یا پروجکشنهای تالاموسی در نهایت با نورونهای مشخصی در قشر مغز ارتباط برقرار میکنند. با این حال مطالعات آناتومیکی در انسان نشان داده بود که این رشتهها مدت زیادی پیش از شکلگیری ارتباطات نهایی به قشر مغز میرسند.
همین موضوع یک پرسش مهم ایجاد کرده بود: چرا این رشتههای عصبی تا این اندازه زود به قشر مغز میرسند؟
پژوهشگران UCLA برای پاسخ به این پرسش از آسِمبلوئیدهای مغزی استفاده کردند؛ ساختارهایی آزمایشگاهی که از ترکیب مدلهای مختلف سلولی مغز مشتقشده از سلولهای بنیادی ایجاد میشوند و امکان بررسی تعامل میان بخشهای مختلف مغز در حال رشد را فراهم میکنند.
آنها دریافتند که رشتههای عصبی تالاموس در جریان رشد مغز مستقیما با گلیاهای شعاعی تماس پیدا میکنند.
این تماس فیزیکی باعث تغییر رفتار سلولهای بنیادی شد. گلیاهای شعاعی که در معرض این زوائد تالاموسی قرار گرفتند، تعداد بیشتری نورون تحریکی تولید کردند؛ نورونهایی که اصلیترین سلولهای انتقالدهنده سیگنال در قشر مغز هستند.
این تأثیر بهویژه در مورد نورونهای لایههای فوقانی قشر مغز قابل توجه بود. این گروه از نورونها در جریان تکامل مغز انسان گسترش قابل توجهی پیدا کردهاند.
بهادوری در اینباره گفت: از قبل میدانستیم که این زوائد بر نحوه رشد قشر مغز تاثیر میگذارند. آنچه بهطور مشخص پیدا کردیم این بود که این تاثیر از طریق یک اتصال فیزیکی واقعی میان زوائد و گلیاهای شعاعی ایجاد میشود؛ نقطه تماسی که پیش از این شناسایی نشده بود و به احتمال زیاد در جوندگان وجود ندارد.
نقش ژنی که با این ارتباط فیزیکی مرتبط است
پژوهشگران در ادامه این نقطه تماس تازه شناساییشده را به ژن NRXN۱ مرتبط کردند، ژنی که پیش از این نقش آن در شکلگیری ارتباطات میان نورونها شناخته شده بود.
جهش در ژن NRXN۱ نیز در مطالعات پیشین با اختلال طیف اوتیسم مرتبط دانسته شده است.
برای بررسی نقش این ژن در ارتباط میان تالاموس و سلولهای بنیادی مغز پژوهشگران آسِمبلوئیدهایی را با استفاده از سلولهای مشتقشده از بیماران دارای جهش NRXN۱ ایجاد کردند.
نتایج نشان داد سیگنالهای تالاموسی در سلولهای دارای این جهش با سلولهای فاقد جهش تفاوت داشت. این تغییر تعادل میان گلیاهای شعاعی و نورونهایی را که این سلولها تولید میکنند، تحت تأثیر قرار داد.
این یافته مسیر تازهای برای بررسی این موضوع فراهم میکند که تغییرات بسیار اولیه در روند رشد مغز چگونه میتوانند بر شکلگیری قشر مغز اثر بگذارند و احتمالا در ایجاد برخی اختلالات عصبی نقش داشته باشند.
مغز در حال رشد دائماً از محیط خود پیام دریافت میکند
اگرچه دو مطالعه جدید دو سازوکار کاملاً متفاوت را بررسی کردند هر دو به یک اصل مشترک اشاره دارند؛ گلیاهای شعاعی در جریان رشد مغز دائما اطلاعاتی را از محیط اطراف خود دریافت و بر اساس این اطلاعات رفتار خود را تنظیم میکنند.
در یک مطالعه این اطلاعات از وضعیت متابولیکی سلول و نحوه استفاده آن از مواد مغذی مانند گلوکز ناشی میشد. در مطالعه دیگر سلولهای بنیادی از طریق تماس مستقیم فیزیکی با رشتههای عصبی ناشی از تالاموس تحت تاثیر قرار گرفتند.
این یافتهها نشان میدهند که فرایندهای متابولیکی و ارتباطات فیزیکی میان بخشهای مختلف مغز صرفا سازوکارهایی برای پشتیبانی از رشد نیستند بلکه میتوانند مستقیما بر رفتار سلولهای بنیادی و نوع سلولهایی که تولید میکنند اثر بگذارند.
نقش ارگانوئیدها در مطالعه مغز انسان
هر دو پژوهش همچنین نشاندهنده نقش روزافزون فناوری ارگانوئیدهای مغزی در مطالعه رشد مغز انسان هستند.
تا حدود یک دهه پیش دانشمندان ابزارهای محدودی برای بررسی مستقیم رفتار سلولهای بنیادی عصبی منحصربهفرد انسان در اختیار داشتند، اما امروزه ارگانوئیدها و مدلهای مبتنی بر سلولهای بنیادی امکان بازسازی برخی ویژگیهای رشد مغز انسان در محیط آزمایشگاهی را فراهم کردهاند.
این مدلها به پژوهشگران اجازه میدهند پرسشهایی را بررسی کنند که مطالعه آنها تنها با استفاده از مدلهای حیوانی دشوار است.
بهادوری معتقد است این یافتهها میتوانند به شکلگیری دیدگاه گستردهتری در علوم اعصاب رشد منجر شوند؛ دیدگاهی که بر اساس آن، متابولیسم و ارتباطات فیزیکی تنها فرایندهای پشتیبان رشد مغز نیستند بلکه میتوانند در تعیین رفتار سلولهای بنیادی و سرنوشت سلولهای تولیدشده توسط آنها نقش فعال داشته باشند.
او در پایان گفت: این مطالعات در نهایت نگاهی اجمالی به سازوکار تصمیمگیری این سلولها ارائه میکنند. درک این تصمیمها نخستین گام برای شناخت رشد طبیعی مغز، آسیبپذیری در برابر بیماریها و احتمالا نحوه فعالیت برنامههای مشابه سلولهای بنیادی در سرطان مغز است.
انتهای پیام/
