Vědci objevili klíčový protein zodpovědný za mozkovou asymetrii

Genetické mechanismy, které jsou základem jedinečných levo-pravých rozdílů v mozku, jsou nyní lépe pochopeny díky novému výzkumu, který dláždí cestu k lepšímu pochopení lidských poruch spojených s asymetrií mozku.

Protein zvaný Cachd1 hraje klíčovou roli při stanovení odlišné nervové struktury a funkce každé strany mozku, zjistili vědci z UCL, Wellcome Sanger Institute, University of Oxford a další spolupracovníci. Studie byla publikována v Science.

Prováděním genetických experimentů na zebřičkách výzkumníci zjistili, že když dojde k mutaci Cachd1, pravá strana mozku ztratí svůj normální asymetrický vývoj a stane se zrcadlovým obrazem levé strany. Tato porucha způsobuje abnormální nervová spojení, která ovlivňují funkci mozku.

Tento objev vrhá světlo na genetické mechanismy, které jsou základem asymetrie mozku, což je fenomén pozorovaný u mnoha živočišných druhů, včetně lidí. Pochopení těchto procesů může vést k lepšímu pochopení lidských poruch, u kterých je narušena asymetrie mozku, jako je schizofrenie, Alzheimerova choroba a poruchy autistického spektra.

Navzdory své zrcadlové anatomii mají levá a pravá hemisféra lidského mozku funkční rozdíly, které ovlivňují nervová spojení a kognitivní procesy, jako je jazyk. Jak tyto levo-pravé rozdíly v nervových obvodech vznikají, je stále špatně pochopeno.

Pomocí zebrafish – známého modelového organismu pro studium vývoje mozku díky jejich průhledným embryím – se vědci rozhodli prozkoumat, jak by Cachd1 mohl ovlivnit asymetrii mozku.

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

Knockdown cachd1 pomocí morpholinos vede k bilaterální symetrii. (A-B) Dorzální pohled 4 dny po oplodnění neinjikovaných divokých typů a larev s injekcí cachd1 morfolino po celoplošné hybridizaci in situ pomocí antisense ribosond proti asymetrickým markerům dorzální habenula kctd12.1. (C) Semikvantitativní RT-PCR pro cachd1 transkripty. 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 cest buněčné komunikace, která hraje důležitou roli v raném vývoji, tvorbě kmenových buněk a mnoha onemocněních.

Navíc se zdá, že vliv Cachd1 je specifický pro pravou stranu mozku, což naznačuje přítomnost neznámého inhibičního faktoru omezujícího jeho aktivitu na levé straně. Ačkoli všechny detaily ještě nebyly objasněny, důkazy silně naznačují, že Cachd1 hraje klíčovou roli při stanovení rozdílu 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 spojené s dráhou Wnt.

„Byl to vysoce spolupracující projekt, který velmi těžil z interdisciplinárního přístupu – genetika, biochemie a strukturální biologie se spojily, aby lépe porozuměly vzniku levo-pravé asymetrie v mozku a také identifikovaly novou složku důležitá signální dráha s mnoha rolemi ve zdraví a nemoci,“ říká Dr. Gareth Powell, spoluautor studie, bývalý doktorand na Wellcome Sanger Institute a nyní člen oddělení buněčné a vývojové biologie UCL.

„Jsem potěšen zveřejněním tohoto vysoce kolaborativního výzkumu, který spojil mnoho talentovaných lidí s různými vědeckými zájmy a dovednostmi z různých institucí. Společně nám tým umožnil učinit vzrušující nové objevy jak v signální dráze Wnt, tak ve vývoji asymetrie mozku,“ říká profesor Steve Wilson, hlavní autor studie z oddělení buněčné a vývojové biologie UCL.