Koristeći novi pristup za proučavanje mozga živih embrionalnih miševa u rezoluciji jedne ćelije, istraživači su identifikovali aktivno višeslojno kolo koje se formira u korteksu tokom neočekivano rane faze razvoja. Ometanje strujnog kola genetski je dovelo do promena sličnih onima koje se vide u mozgu ljudi sa autizmom. Tim sa Instituta za molekularnu i kliničku oftalmologiju u Bazelu izvestio je danas u Cell.
„Razumevanje detaljnog razvoja tipova ćelija i kola u korteksu može pružiti važan uvid u autizam i druge neurorazvojne bolesti“, kaže Botond Roska, direktor IOB-a i odgovarajući autor rada. „To je ono što naši nalazi potvrđuju.“
Autizam je dugo bio povezan sa neispravnim krugovima u korteksu, koji je deo mozga koji upravlja senzornom percepcijom, spoznajom i drugim funkcijama visokog reda. Većina korteksa se sastoji od ekscitatornih ćelija zvanih piramidalni neuroni. IOB tim je želeo da prouči kada i kako se ovi neuroni okupljaju u prva aktivna kola u korteksu, ali to je predstavljalo težak izazov. Piramidalni neuroni mere samo desetinu širine ljudske kose, a svako kretanje tokom eksperimentalnih procedura može dovesti do netačnih zapisa aktivnosti.
Da bi neuroni bili stabilni za istraživanje, tim je osmislio hirurško rešenje: embrioni su bili obezbeđeni unutar 3D uređaja za držanje napunjenih agarom u trbušnoj duplji majke, tako da se može održati normalan protok krvi i temperatura embriona.
Preovlađujući stav je da se korteks razvija na način „iznutra napolje“, pri čemu se najdublji od njegovih šest slojeva pojavljuje prvi. Gledano na ovaj način, smatralo se da piramidalni neuroni polako postaju aktivni dok migriraju do svojih konačnih lokacija u korteksu i formiraju veze jedni sa drugima. Ali tokom istraživanja, „zapravo smo otkrili veoma različit obrazac aktivnosti“, kaže Arjun Bharioke, sistemski neuronaučnik u IOB-ovoj grupi za centralna vizuelna kola i jedan od dva glavna autora rada.
Fokusirajući se posebno na piramidalne neurone koji se razvijaju u sloj 5 korteksa, tim je otkrio vrlo rano prolazno kolo koje je već bilo visoko aktivno i povezano čak i pre nego što se formirao šestoslojni korteks. Ovo ukazuje da su neuroni već bili povezani pre svoje migracije da bi formirali sloj 5. Tranzijentno kolo je u početku imalo 2 sloja: duboki i površinski sloj. Kasnije je površinski sloj utihnuo i nestao, dok je klasični kortikalni razvoj po sloju nastavljen, sa trećim međuslojem koji je formirao sloj 5.
„Takođe smo želeli da razumemo kako se ovo kolo menja u modelu autizma“, kaže Martin Munc, razvojni biolog IOB-a u Central Visual Circuits Group i drugi vodeći autor rada. Radeći sa nokautiranim linijama miša kojima nedostaju jedan ili oba alela dva gena povezana sa autizmom – Chd8 i Grin2b – tim je došao do ključnog otkrića. Poznato je da odsustvo ovih gena izaziva značajan autizam kod dece. A kod homozigotnih i heterozigotnih nokaut miševa, površinski sloj je ostao aktivan kao razvojni ostatak. „Tokom embrionalnog razvoja, nikada nije nestao“, kaže Munc. Štaviše, mozgovi nokautiranih miševa sadržali su nejednake oblasti kortikalne dezorganizacije slične onima koje se vide kod ljudi sa autizmom.
Nalazi sugerišu da je prostorna organizacija piramidalnih neurona regulisana novopronađenim kolom i da „promene embrionalnih kola igraju ulogu u disfunkcijama povezanim sa poremećajima neurorazvojnog razvoja, uključujući poremećaj autističnog spektra“, kaže Bharioke.
U budućim istraživanjima, istraživači IOB-a će „pažljivo pogledati površne i duboke slojeve ovog ranog kola i samostalno manipulisati njima“, kaže Roska. „Ovo će biti poučno za učenje o etiologiji neurorazvojnih bolesti.“
