Vědci objevili klíčový protein zodpovědný za asymetrii mozku

Genetické mechanismy, které jsou základem jedinečných rozdílů mezi levou a pravou stranou mozku, jsou nyní díky novému výzkumu lépe pochopeny, což otevírá cestu k lepšímu pochopení lidských poruch spojených s abnormální mozkovou asymetrií.

Vědci z UCL, Wellcome Sanger Institute, Oxfordské univerzity a další spoluautoři zjistili, že protein zvaný Cachd1 hraje klíčovou roli při určování odlišné nervové struktury a funkce na každé straně mozku. Studie je publikována v časopise Science.

Prováděním genetických experimentů na zebřičkách vědci zjistili, že když je Cachd1 mutantově ovlivněn, pravá strana mozku ztrácí svůj normální asymetrický vývoj a stává se zrcadlovým obrazem levé strany. Tato porucha způsobuje abnormální nervovou konektivitu, která ovlivňuje mozkové funkce.

Tento objev osvětluje genetické mechanismy, které jsou základem mozkové asymetrie, jevu pozorovaného u mnoha živočišných druhů, včetně lidí. Pochopení těchto procesů by mohlo vést k lepšímu pochopení lidských poruch, u kterých je mozková asymetrie narušena, jako je schizofrenie, Alzheimerova choroba a poruchy autistického spektra.

Navzdory zrcadlově tvarované anatomii se levá a pravá hemisféra lidského mozku liší funkčním způsobem, který ovlivňuje nervová spojení a kognitivní procesy, jako je řeč. Jak tyto rozdíly v nervových obvodech mezi levou a pravou hemisférou vznikají, je stále nedostatečně pochopeno.

Vědci se zaměřili na studium toho, jak by Cachd1 mohl ovlivnit mozkovou asymetrii, a to pomocí zebřičky – známého modelového organismu pro studium vývoje mozku díky jejím průhledným embryím.

Tým zjistil, že když je Cachd1 mutantovana, oblast mozku zvaná habenula ztrácí své normální rozlišení mezi levou a pravou stranou. Neurony na pravé straně se stávají podobnými neuronům na levé straně, což narušuje nervová spojení v habenule a potenciálně ovlivňuje její funkci.

Utlumení genu cachd1 pomocí morfolin vede k bilaterální symetrii. (AB) Pohled na hřbet larev divokého typu bez injekce a larev s injekcí morfolin genu cachd1 4 dny po oplodnění po in situ hybridizaci celého jedince s použitím antisense ribosond proti asymetrickému markeru dorzální habenuly kctd12.1. (C) Semikvantitativní RT-PCR transkriptů cachd1. Zdroj: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Experimenty s vazbou proteinů ukázaly, že Cachd1 se váže na dva receptory, které umožňují buňkám komunikovat prostřednictvím signální dráhy Wnt, jedné z nejintenzivněji studovaných buněčných komunikačních drah, která hraje důležitou roli v raném vývoji, tvorbě kmenových buněk a mnoha onemocněních.

Účinky Cachd1 se navíc zdají být specifické pro pravou stranu mozku, což naznačuje existenci neznámého inhibičního faktoru, který omezuje jeho aktivitu na levé straně. Ačkoli úplné podrobnosti zatím nejsou jasné, data silně naznačují, že Cachd1 hraje klíčovou roli při rozlišování mezi levou a pravou stranou vyvíjejícího se mozku tím, že reguluje buněčnou komunikaci specificky na pravé straně.

Budoucí studie prozkoumají, zda má Cachd1 další důležité funkce související s Wnt signální dráhou.

„Jednalo se o vysoce kolaborativní projekt, který výrazně těžil z interdisciplinárního přístupu – genetika, biochemie a strukturní biologie se spojily, aby lépe pochopily vznik levo-pravé asymetrie v mozku a také identifikovaly novou složku důležité signální dráhy s mnoha rolemi ve zdraví a nemocech,“ říká Dr. Gareth Powell, spoluautor studie, bývalý doktorand Wellcome Sangerova institutu a nyní člen katedry buněčné a vývojové biologie UCL.

„Jsem potěšen publikací této intenzivně spolupracující studie, která spojila mnoho talentovaných lidí s různými výzkumnými zájmy a dovednostmi z různých ústavů. Tým nám společně umožnil učinit vzrušující nové objevy jak o signální dráze Wnt, tak o vývoji mozkové asymetrie,“ řekl profesor Steve Wilson, hlavní autor studie a člen katedry buněčné a vývojové biologie UCL.