Teadlased avastasid aju asümmeetria eest vastutava võtmevalku

Tänu uutele uuringutele on ajus ainulaadsete vasaku-parema erinevuste aluseks olevad geneetilised mehhanismid nüüd paremini mõistetavad, mis sillutab teed parema arusaamiseni aju ebanormaalse asümmeetriaga seotud inimeste häiretest.

UCL-i, Wellcome Sangeri Instituudi, Oxfordi Ülikooli ja teiste kaasautorite teadlased on leidnud, et valk nimega Cachd1 mängib võtmerolli aju mõlema poole erineva närvistruktuuri ja -funktsiooni loomisel. Uuring avaldati ajakirjas Science.

Sebrakaladel geneetilisi katseid tehes leidsid teadlased, et kui Cachd1 muteerub, kaotab aju parem pool oma normaalse asümmeetrilise arengu ja muutub vasaku poole peegelpildiks. See häire põhjustab ebanormaalset närviühendust, mis mõjutab aju funktsiooni.

See avastus heidab valgust aju asümmeetria aluseks olevatele geneetilistele mehhanismidele, mida on täheldatud paljudel loomaliikidel, sealhulgas inimestel. Nende protsesside mõistmine võib aidata paremini mõista inimese häireid, mille puhul aju asümmeetria on häiritud, näiteks skisofreeniat, Alzheimeri tõbe ja autismispektri häireid.

Vaatamata oma peegelpildi anatoomiale on inimese aju vasakul ja paremal poolkeral funktsionaalsed erinevused, mis mõjutavad närviühendusi ja kognitiivseid protsesse, näiteks keelt. Kuidas need vasaku-parema erinevused närviahelates tekivad, on siiani halvasti mõistetav.

Kasutades sebrakala - tuntud mudelorganismi aju arengu uurimiseks nende läbipaistvate embrüote tõttu -, otsustasid teadlased uurida, kuidas Cachd1 võib mõjutada aju asümmeetriat.

Meeskond leidis, et kui Cachd1 muteerub, kaotab ajupiirkond, mida nimetatakse habenulaks, oma normaalse vasaku-parema eristuse. Parempoolsed neuronid muutuvad vasakpoolsete neuronitega sarnaseks, mis häirib habenula neuronite ühendusi ja võib potentsiaalselt mõjutada selle funktsiooni.

Cachd1 vaigistamine morfolinodega annab tulemuseks kahepoolse sümmeetria. (AB) Dorsaalne vaade 4 päeva pärast viljastamist süstimata metsiktüüpi ja cachd1 morfolinoga süstitud vastsete puhul pärast in situ hübridisatsiooni, kasutades antisenss-riboproove asümmeetrilise dorsaalse habenula markeri kctd12.1 vastu. (C) Cachd1 transkriptide poolkvantitatiivne RT-PCR. Allikas: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Valkude sidumise katsed näitasid, et Cachd1 seondub kahe retseptoriga, mis võimaldavad rakkudel suhelda Wnt signaaliülekande raja kaudu, mis on üks intensiivsemalt uuritud rakulise kommunikatsiooni radasid ja millel on oluline roll varajases arengus, tüvirakkude moodustumisel ja paljude haiguste korral.

Lisaks näib Cachd1 mõju olevat spetsiifiline aju paremale poolele, mis viitab tundmatule inhibeerivale faktorile, mis piirab selle aktiivsust vasakul poolkeral. Kuigi täielikud üksikasjad pole veel selged, viitavad andmed tugevalt sellele, et Cachd1 mängib võtmerolli areneva aju vasaku ja parema poolkera eristamises, reguleerides rakkudevahelist kommunikatsiooni spetsiifiliselt paremal poolkeral.

Edasised uuringud uurivad, kas Cachd1-l on muid olulisi Wnt rajaga seotud funktsioone.

„See oli tihedas koostöös valminud projekt, mis sai palju kasu interdistsiplinaarsest lähenemisviisist – geneetika, biokeemia ja struktuuribioloogia ühendasid jõud, et paremini mõista vasaku-parema asümmeetria teket ajus ning tuvastada olulise signaaliülekande raja uus komponent, millel on mitu rolli nii tervises kui ka haigustes,“ ütleb dr Gareth Powell, uuringu kaasautor, endine Wellcome Sangeri Instituudi doktorant ja nüüd UCL-i raku- ja arengubioloogia osakonna liige.

„Mul on hea meel näha selle tiheda koostöö tulemusel valminud uuringu avaldamist, mis tõi kokku palju andekaid inimesi erinevate uurimishuvide ja -oskustega erinevatest instituutidest. Koos on meeskond võimaldanud meil teha põnevaid uusi avastusi nii Wnt signaaliülekande raja kui ka aju asümmeetria arengu kohta,“ ütles uuringu vanemautor ja UCL-i raku- ja arengubioloogia osakonna liige professor Steve Wilson.