Кора головного мозга отвечает за большое количество сложных функций мозга, начиная от восприятия сенсорных стимулов через бдительность, память и язык до сознания. Нейробиологи из Института экспериментальной медицины Макса Планка в Геттингене расшифровали новый регуляторный принцип, который контролирует развитие сложной нейрональной архитектуры в коре головного мозга.
В мозге человека, как и у всех других млекопитающих, преобладает внешний слой, богатый нервными клетками, известный как кора головного мозга. Он состоит из шести слоев нервных клеток, которые очень сложным образом связаны друг с другом и другими частями мозга и контролируют все сложные функции мозга.
Формирование сложной многослойной архитектуры нервных клеток в коре головного мозга начинается на относительно ранней стадии эмбрионального развития и заканчивается довольно долго после рождения. Во-первых, новые нервные клетки формируются на нижней стороне развивающейся коры головного мозга, где они принимают обтекаемую – или биполярную – структуру, мигрируют наружу перпендикулярно поверхности и, наконец, останавливаются в своей целевой области, где они принимают форму, типичную для нервов. клетки и развивают многочисленные процессы, позволяя им соединяться с другими нервными клетками.
Формирование биполярной структуры развивающимися нервными клетками, их так называемая поляризация и их последующая миграция в развивающуюся кору головного мозга контролируются многочисленными внутриклеточными регуляторными процессами, которые, в свою очередь, являются мишенью целого ряда внеклеточных сигнальных процессов. Ошибки во время этих процессов развития приводят к порокам коры головного мозга и почти всегда имеют серьезные последствия для пораженных пациентов, например, лиссэнцефалия.
Перемежающиеся гены
Вместе с Виктором Тарабыкиным из Шарите в Берлине и партнерами по сотрудничеству в Японии Матеуш Амброзкевич и Хироши Кавабе из Института экспериментальной медицины Макса Планка в Геттингене открыли новый регулирующий принцип, который контролирует поляризацию и миграцию новых нервных клеток. С помощью генетически измененных мышей было обнаружено, что скоординированная активность так называемых убиквитинлигаз WWP1 и WWP2, которые запускают деградацию белков, и так называемой микроРНК miR140, которая ингибирует производство новых белков, играет ключевую роль в поляризации и миграции нервных клеток в процессе развития коры головного мозга. Что особенно интересно, так это то, что задействованные гены частично чередуются, контролируются аналогичным образом и совместно регулируют связанные процессы в развивающихся нервных клетках.
"Помимо открытия нового регуляторного процесса в развитии мозга, мы особенно очарованы тем фактом, что ген miR140 встроен в ген WWP2," говорит руководитель исследования Хироши Кавабе. Такое чередование генов, кодирующих белок, и генов микро РНК встречается редко, но не является чем-то необычным, и долгое время предполагалось, что такие генные структуры указывают на то, что соответствующие генные продукты имеют общую функцию. "Однако теперь нам удалось доказать, что это действительно так. Производство WWP2 и miR140 координируется нервными клетками, и оба совместно поддерживают процесс клеточной поляризации."