Molekularna i komórkowa organizacja mózgu myszy i człowieka

Naukowcy z instytutu Allen Institute for Brain Science zidentyfikowali podobieństwa oraz różnice pośród regionów ludzkiego mózgu, pośród mózgów ludzkich istot, a także pośród myszy i ludzi. Badania zostały przeprowadzone poprzez analizę ekspresji blisko 1 000 genów w mózgu. Rezultaty zostały przedstawione w przeglądzie naukowym Cell.

Przede wszystkim, naukowcy przedstawiają wysoki poziom podobieństwa pośród jednostek ludzkich: zaledwie 5% z blisko 1 000 genów obserwowanych w tym badaniu, w trzech szczególnych regionach, wykazało różnice w ekspresji między ludźmi.

Dodatkowo, porównując te dane z danymi zawartymi w Allen Mouse Brain Atlas, badacze stwierdzili, że istnieje również wielkie podobieństwo między myszami i ludźmi, ponieważ ludzka kora wzrokowa zdaje się dzielić 79% swoich genów z gryzoniami.

Geny przeanalizowane w tym badaniu zostały sklasyfikowane według trzech kategorii: geny, które służą jako wskaźniki typu komórek znajdowanych w korze; geny, które są powiązane ze szczególnymi funkcjami neuronalnymi albo chorobami centralnego układu nerwowego; geny, które są cenne pod kątem zrozumienia neuronalnej ewolucji różnych gatunków.

Ludzki mózg

Analizy opublikowane przez badaczy z Allen Institute for Brain Science ujawniają wielkie podobieństwo w ekspresji genów pośród różnych regionów kory mózgowej u ludzi (w regionach odpowiedzialnych za precyzyjne przetwarzanie informacji), przede wszystkim w korze wzrokowej i skroniowej.

Ogromna większość wyrażonych genów w tych regionach, a dokładniej, 84%, wykazuje silne podobieństwo we wzorach ekspresji między strefami korowymi. Odkrycia te wspierają hipotezę, że istnieją wspólne zasady organizacji oraz funkcji, które panują w całej korze mózgowej.

A to oznacza, że badanie jednej strefy w wielkich szczegółach – kory wzrokowej, na przykład – może okazać się obiecujące pod kątem funkcjonowania całego mózgu.

Badanie również ilustruje powszechną konserwację ekspresji genów pośród ludzkich jednostek. Badanie donosi, że spośród przeanalizowanych genów, jedynie 5%, czyli 46 sztuk, wykazuje wariacje w ekspresji pośród indywidualnych, zdrowych ludzkich mózgów w przebadanych regionach korowych.

Różnice między gatunkami

Wiele odkryć w tym badaniu podkreśla istnienie różnic oraz podobieństw między ludźmi i myszami. Ponieważ mysz jest najpowszechniejszym modelem badań nad funckjonowaniem ludzkiego mózgu oraz chorób, podstawową sprawą jest zrozumienie jak bardzo odzwierciedla ona ludzki system i gdzie podobieństwo to może być ograniczone.

W sumie, rezultaty tych prac wykazują dobrą konserwację ekspresji genów między dwoma gatunkami. Podczas gdy większość ekspresji genów jest podobna, to jednakże autorzy wskazują na niektóre uderzające różnice. Odkrycia ujawniają bowiem różne molekularne markery specyficzne dla każdego gatunku.

Tropiąc te geny, które można przypisać szczególnym typom komórek, autorzy badania wskazują na unikatowy molekularny podpis dla każdego typu komórek kory mózgowej. Te molekularne sygnatury mogą odzwierciedlać i przyczyniać się do pojawiania się różnych funkcji, specyficznych dla danego gatunku.

Według badaczy z Allen Institute for Brain Science, jedynie 21% z tych genów w korze wzrokowej ujawnia różnice między myszami i ludźmi, ale natura tych różnic może wyjawiać więcej na temat tego dlaczego gatunek ludzki jest tak unikatowy.

Podczas gdy zaobserwowano naprawdę bardzo niewiele wariacji posród genów w kategoriach Ewolucja i Choroby, to podstawowe wariacje stwierdzono pośród genów w kategorii Typ komórek.

Wiele z tych genów jest powiązanych z komunikacją międzykomórkową, a więc dane te sugerują, że to właśnie komunikacja komórki z komórką może być kluczowym powiązaniem z unikatowymi funkcjami mózgu ludzkiego.

Dalsze postępy

Inne badania skupiające się nad ekspresją genów posłużyły się bądź podzielonymi regionami mózgu, bądź wybranymi partiami genów, nie zwracając uwagi na żadną specyficzną informację dotyczącą anatomii.

Aktualne badania pokazują, tak samo jak i setki innych badań posługujących się ich rezultatami, że informacje na temat ekspresji genów pozwalają naukowcom dowiedzieć się więcej na temat tego w jaki sposób geny określają typ komórek, obwody neuronalne, a także funkcje mózgowe.