Superiorni kolikulus u mozgu sisara preuzima mnoge važne zadatke dajući smisao našem okruženju. Bilo kakve greške u razvoju ovog regiona mozga mogu dovesti do teških neuroloških poremećaja. Naučnica ISTA Giselle Cheung i kolege su sada po prvi put ocrtali pedigre i poreklo nervnih ćelija koje čine gornji kolikulus. Njihovi nalazi su objavljeni u časopisu Neuron.
Ćelije u mozgu takođe imaju porodice – sa svim pogodnostima i prtljagom koji dolaze sa njima. U ljudskoj porodici, vaše poreklo utiče i na vaše telo na genetskom nivou i na vaš društveni život kroz vaše vaspitanje, obrazovanje i veze. Za ćelije, njihov pedigre – takođe poznat kao loza – diktira njihove identitete i način na koji komuniciraju i povezuju se jedni sa drugima u našem mozgu u razvoju.
Postdoc Giselle Cheung iz istraživačke grupe Hipenmajer na Institutu za nauku i tehnologiju Austrije (ISTA), zajedno sa kolegama iz grupa Shigemoto i Siegert, CeMM istraživačkog centra za molekularnu medicinu i Medicinskog univerziteta u Beču, sada je razotkrila porodične odnose neurona i glije, dva glavna tipa ćelija u gornjem kolikulusu.
Njihovi nalazi pružaju uvid u to kako poremećaji u formiranju ovog regiona mozga mogu dovesti do neurorazvojnih poremećaja poput autizma i poremećaja hiperaktivnosti deficita pažnje (ADHD).
„Vrhunski kolikulus u mozgu sisara prima senzorne signale, posebno one koji dolaze iz očiju i ušiju, pa čak i čula dodira“, objašnjava Cheung. „On obrađuje ove signale i pokreće reakcije, na primer, nesvesno kretanje očiju ili cele glave. Takođe igra ulogu u održavanju fokusa. Iako je ključni deo mozga među vrstama, mi još uvek ne znamo mnogo o njegov razvoj od embriona do odrasle osobe“.
Kao i svaki drugi organ, mozak – i gornji kolikulus kao njegov deo – razvija se od matičnih ćelija u embrionu. Matične ćelije se sve dalje dele i specijalizuju, što na kraju rezultira ogromnom raznolikošću tipova ćelija potrebnih svakom organu. Sada su po prvi put, Cheung i njene kolege bacile malo svetla na ovaj složeni proces u superiornom kolikulusu tako što su mapirali lozu njegovih nervnih matičnih ćelija.
„Otkrili smo da razvoj superiornog kolikulusa funkcioniše drugačije nego u drugim regionima mozga“, prepričava Cheung nalaze studije na kojoj je radila otkako se pridružila ISTA-i pre skoro šest godina. „Na primer, dok su za deljenje matičnih ćelija u nekim regionima mozga potrebne nedelje da se stvore svi neuroni, oni u superiornom kolikulusu brzo završe svoj posao za samo nekoliko dana.
„Dok to rade, neuralne matične ćelije u gornjem kolikulusu zadržavaju svoju sposobnost da generišu bilo koju vrstu neurona do kraja. Ovaj izuzetan kapacitet je u suprotnosti sa matičnim ćelijama u mnogim delovima mozga, gde su specijalizovane da prave samo određene grupe neuroni—na primer, bilo ekscitatorni ili inhibitorni. U našem slučaju smo otkrili da obe vrste neurona mogu biti proizvedene u isto vreme od strane iste matične ćelije.“
Ovo nisu bila jedina nova otkrića Cheunga i njenih kolega. Takođe su otkrili da se tokom razvoja slojevita struktura gornjeg kolikulusa ne gradi jedan sloj za drugim, kao što se ranije mislilo, već odjednom. Takođe su izvestili da deo neuralnih matičnih ćelija nastavlja da proizvodi gliju nakon što završe sa stvaranjem neurona, što je slično ponašanje uočeno u drugim delovima mozga.
„Svi naši nalazi zajedno pokazuju izuzetan potencijal nervnih matičnih ćelija u gornjem kolikulusu koji nam je ranije bio nepoznat“, dodaje Simon Hipenmajer, šef istraživačke grupe u ISTA. „Ovi rezultati nam pomažu da razumemo kako razvoj oblikuje organizaciju i potencijalne funkcije neurona u gornjem kolikulusu i, na kraju, celom mozgu. Otišli smo još dalje i takođe istražili molekularne mehanizme koji podupiru ove razvojne procese.“
Nakon što su otkrili šta se dešava tokom razvoja superiornog kolikulusa, istraživači su takođe testirali šta se dešava kada uklone kritični gen nazvan Pten (fosfataza i tenzinski homolog) u nervnim matičnim ćelijama. Naučnici sumnjaju da je mutirani Pten gen jedan od faktora koji doprinose autizmu i pokazali su njegovu povezanost sa makrocefalijom, abnormalnim razvojem uvećanog mozga i glave.
Slično drugim delovima ove studije, Cheung i njene kolege su koristile tehniku pod nazivom Analiza mozaika sa dvostrukim markerima (MADM). MADM im je omogućio da obeleže i posmatraju sva potomstva pojedinačnih matičnih ćelija, čineći da sijaju različitim fluorescentnim bojama.
Istovremeno, gen Pten je uklonjen u jednoj grani ćerki ćelija, označenoj zelenom bojom, ali je ostao netaknut u drugoj, označenoj crvenom bojom. Na ovaj način, naučnici su mogli da prate i uporede moždane ćelije generisane u prisustvu ili odsustvu funkcionalnog gena Pten jedna pored druge.
Istraživači su otkrili da je bez Pten gena proizvedeno mnogo više inhibitornih neurona u superiornom kolikulusu u poređenju sa onim kada je Pten bio funkcionalan. „Prvi put smo pokazali da funkcija gena Pten igra ulogu u uspostavljanju odgovarajuće ravnoteže ćelijskog tipa u ovom regionu mozga“, dodaje Hipenmajer. „Mislimo da poremećaj takve ravnoteže u gornjem kolikulusu može dovesti do deficita u obradi senzornih signala, potencijalno objašnjavajući poremećaje poput autizma i ADHD-a.“
