Биологи обнаружили, что две части головного мозга имеют разное происхождение

Тот случай, когда наблюдаем научный прорыв. Это открытие может помочь в лечении заболеваний, при которых происходят патологические изменения в стволе головного мозга: боковой амиотрофический склероз (БАС) и спинальная мышечная атрофия (СМА).

На протяжении веков ученые считали мозг единым органом. Но новое исследование, проведенное в Стэнфордском медицинском центре, показало, что то, что мы называем мозгом, — это два отдельных органа, которые развивались независимо друг от друга на протяжении сотен миллионов лет.

Американские учёные обнаружили, что передний и задний отделы человеческого мозга развиваются из разных групп эмбриональных клеток.

Обнаружив, что клетки переднего и заднего мозга имеют разные наборы ДНК, авторы исследования впервые успешно вырастили работоспособные двигательные нейроны ствола мозга человека из стволовых клеток.

Опубликована научная статья:

"Два параллельных предшественника нервной эктодермы участвуют в развитии мозга".

Two parallel neural ectoderm progenitors contribute to the developing brain, Nature Neuroscience (2026).

DOI: 10. 1038/ s41593-026-02433-7

Это открытие опровергает господствующую модель развития мозга. На протяжении десятилетий исследователи придерживались теории о том, что одна-единственная клетка-предшественница на ранних этапах развития дает начало всему мозгу. Согласно этой модели, все части мозга имеют общее происхождение.

Новые данные показывают, что человеческий мозг состоит из двух древних нервных систем, объединенных в единое целое: более примитивной части, которая регулирует сердцебиение, дыхание и другие функции, и другой, которая делает нас людьми, способными к поэзии, математике и размышлениям о собственном происхождении.

Это открытие может помочь объяснить, почему ученые десятилетиями не могли вырастить в лаборатории определенные типы клеток мозга. Кроме того, оно открывает новые возможности для изучения тяжелых заболеваний, поражающих ствол головного мозга, таких как спинальная мышечная атрофия (СМА) и боковой амиотрофический склероз ( БАС или болезнь Лу Герига).

"Мы впервые показали, что передний мозг развивается из совершенно другой клетки-предшественницы, нежели задний мозг," — сказал Кайл Ло, PhD, ассоциированный профессор кафедры биологии развития. "Наше открытие означает, что теперь мы можем выращивать нейроны заднего мозга в чашке Петри и изучать их функции."

Результаты исследования опубликованы в Nature Neuroscience. Ло — старший автор исследования. Постдоки Кэролин Дандес и Райян Джокай являются соавторами исследования.

Во взрослом мозге есть три основные области: передний мозг, средний мозг и задний мозг. Передний мозг отвечает за мышление более высокого уровня — речь, сознание и абстрактное мышление. Задний мозг, расположенный в задней части черепа и часто называемый стволом головного мозга, контролирует основные автоматические функции, необходимые для жизни: дыхание, сон, регуляцию сердцебиения и чувство голода. Нейроны заднего мозга также управляют мышцами лица, языка и горла, которые влияют на речь и глотание.

Учитывая исключительную важность заднего мозга, ученые много лет безуспешно пытались вырастить в лабораторных условиях нейроны заднего мозга человека. Этот пробел мешал исследованиям разрушительных заболеваний, поражающих ствол головного мозга, в том числе спинальной мышечной атрофии и бокового амиотрофического склероза.

Спинальная мышечная атрофия — основная генетическая причина смерти детей в возрасте до 1 года. Боковой амиотрофический склероз, который часто диагностируется в возрасте от 40 до 70 лет, поражает как передний, так и задний мозг. При обоих заболеваниях некоторые нейроны заднего мозга постепенно перестают функционировать, и пациент теряет способность глотать, что может привести к пневмонии, когда пища или жидкость попадает в легкие. В конце концов пациенты теряют способность дышать.

Прорыв в исследованиях произошел благодаря изучению самых ранних моментов эмбрионального развития, во время стадии, называемой гаструляцией. Джокхай и Дандес обнаружили, что

задний мозг развивается по отдельному пути, независимо от пути формирования переднего и среднего мозга.

Исследователи выяснили это, изучая развивающиеся эмбрионы мышей. Они идентифицировали две разные клетки-предшественницы головного мозга. Одной, которая экспрессирует ген под названием Otx2, суждено превратиться в передний и средний мозг. Другая, которая экспрессирует ген под названием Gbx2, участвует в формировании заднего мозга. Учёные продемонстрировали, что эти две клеточные популяции никогда не пересекаются; они являются взаимонезависимыми с самых ранних стадий развития.

Затем команда исследовала структуру хроматина в этих клетках. Вот что они обнаружили: передняя нервная эктодерма (будущий передний и средний мозг) и задняя нервная эктодерма (будущий задний мозг) имеют принципиально разные конфигурации хроматина.

Эти различия, по сути, указывают на отдельную судьбу для каждой из [исследованных] клеток-предшественниц, которые развиваются параллельными путями, которые никогда не пересекаются.

«Предыдущие попытки создать нейроны заднего мозга, по сути, были направлены на то, чтобы превратить предшественников переднего и среднего мозга в клетки заднего мозга, что, как показало наше исследование, невозможно», — сказал Джохай.

Это открытие объяснило десятилетнее разочарование ученых в этой области: они пытались превратить один тип клеток-предшественников в другой, хотя по своей сути это невозможно.

«В биологии стволовых клеток люди всегда сосредоточены на создании конечного типа клеток, например нейронов, — говорит Джокай. — Но важно обращать внимание на самые ранние стадии эмбрионального развития. Наше пристальное внимание к этому раннему периоду позволило нам обнаружить этот фундаментальный разрыв в развитии мозга ".

Вооруженные этими знаниями, исследователи впервые смогли в лабораторных условиях успешно превратить плюрипотентные стволовые клетки человека (разновидность клеток, которые могут создавать любые клетки в организме человека) в функциональные мотонейроны заднего мозга. Эти выращенные в лаборатории нейроны обладают всеми характеристиками настоящих клеток заднего мозга: они демонстрируют волны электрической активности, называемые потенциалами действия, и вырабатывают белки, которые важны для функционирования сегментов заднего мозга, контролирующих мимические и глотательные мышцы.

В дополнение, исследователи проанализировали эволюционный период протяженностью 550 миллионов лет. Они обнаружили ту же схему формирования мозга из двух зачатков у кур, рыбок данио-рерио и — что примечательно — у кишечнодышащих (небольших морских организмов, обитающих на дне океана и имеющих с человеком далекого общего предка). У медуз, эволюционные пути которых с человеком разошлись около 600–700 миллионов лет назад, имеются две нервные системы, расположенные на противоположных концах тела.

«Наше исследование позволяет предположить, что в ходе эволюции две существовавшие ранее нервные системы сблизились в пространстве и объединились, — отметила Ло. — Вероятно, мозг в виде единого органа работал бы эффективнее, однако мы сохранили этот древний способ формирования мозга из двух отдельных частей».

"Я был удивлен нашими открытиями, потому что слово 'мозг' подразумевает единый орган, который, скорее всего, имеет единое происхождение," — сказал Джокай. "Но ещё 500 миллионов лет назад существовали отдельные нервные системы, которые сейчас функционируют почти как единое целое, и это очень круто."

Это исследование также может помочь в разработке методов лечения СМА, БАС и других заболеваний, поражающих ствол головного мозга. До сих пор изучение патологических изменений при этих заболеваний было практически невозможным, поскольку ученые не могли получить образцы ткани ствола головного мозга у живых пациентов. Возможность выращивать эти нейроны в лабораторных условиях открывает новые перспективы для понимания того, что именно идет не так.

Исследователи хотели бы продолжить свои изыскания, чтобы определить, на каком этапе развития формируется спинной мозг, и выяснить, как именно СМА и БАС нарушают функции нейронов заднего мозга.

«Теперь у нас есть модель, которая поможет лучше понять эти разрушительные заболевания и разработать регенеративные методы лечения», — сказал Джокай. «Это очень перспективное новое направление в исследованиях мозга».

В исследовании приняли участие ученые из Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Данный пост написал по материалам сайта MedicalХPress (cтатья

(Human brain has a split origin, new research suggests) и сайта

Discover (статья The Brain May Be Two Organs).

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: