Jums, iespējams, vidusskolā mācīja, ka jauni neironi vai smadzeņu šūnas nav dzimušas pieauguša cilvēka vecumā. Ka tas pārtrauc jūsu bērnībā. Faktiskais attēls ir bijis sarežģītāks: zinātnieki jau ilgu laiku diskutē par to, kad neiroģenēze apstājas, lai gan vairums no viņiem uzskatīja, ka tas ir iespējams pieaugušā vecumā.
Izšķirt Jauns pētījums Zinātne Tagad sola no jauna iesist šos putekļus: tas ir ziņojis par neironu priekšteču šūnu un jauno neironu – kas ir šūnu attīstības vidējie stadijas – pierādījumi hipokampā, pieaugušo cilvēku smadzeņu atmiņas centrā.
Apsolījums un pārbaude
“Vēsturiski smadzenes tika uzskatītas par nereģeneratīvu orgānu,” sacīja Prematathi, vecākais zinātnieks, kurš pēta neiroģenēzi Kolkata ķīmiskās bioloģijas institūtā CSIR-Indijas. “Tomēr 1998. gadā novatoriskais pētījums sniedza pirmos tiešos pierādījumus tam, ka hipokampā varētu radīt jaunus neironus pieaugušajiem, kas liecina par reģeneratīvu potenciālu pieaugušo smadzenēs.”
Šis atradums pavēra durvis aizraujošām iespējām reģeneratīvai terapijai, īpaši novecojošiem indivīdiem, kuri cieš no neirodeģeneratīvām slimībām, piemēram, Alcheimera, Parkinsona un citām demencēm.
Tomēr arī reģeneratīvās terapijas solījums izraisīja vairāk zinātnisku pārbaudi. 1998. gada pētījumā tika izmantoti smadzeņu paraugi, kas cieš no smadzeņu vēža, pamudinot ekspertus apšaubīt, vai audzēju dēļ piedzimst neironi pieaugušā vecumā.
“Otra kritika bija tāda, ka viņi to parādīja nelielā izlases lielumā, tikai pieciem indivīdiem,” sacīja Navneet Vasistha, profesora asistents, kurš pēta neiroģenēzi Kopenhāgenas universitātē.
Pat kā šaubas bija par to, vai pieaugušo hipokampā notika neiroģenēze, daudzas pētījumu grupas parādīja, ka neiroģenēze notika pieaugušo peļu, žurku un pat pērtiķu smadzenēs.
“Svarīgi ir tas, ka šajos pētījumos tika identificētas vairākas kritiskas pieaugušo neironu funkcijas hipokampā,” sacīja Bengaluru Nacionālā bioloģisko zinātņu centra neirobioloģijas asociētais profesors Hiyaa Ghosh. Tas ietvēra “spēju atšķirt ļoti līdzīgus kontekstus, spēju pārrakstīt atmiņas un stresa noturību”.
Visus šos procesus mediē neironu ķēdes hipokampas dentatētajā gyrusā, kur tiek uzskatīts, ka jaunie neironi tiek pastāvīgi ģenerēti visu mūžu.
Tomēr pierādījumi par pieaugušo neiroģenēzi cilvēku smadzenēs ir bijuši nekonsekventi. Vienā no grupas Kalifornijas universitātes pētījumā Sanfrancisko atklāja, ka, kamēr jaunie neironi ir dzimuši zīdaiņu hipokampā, viņu skaits pirmajā dzīves gadā strauji samazinājās. Cita grupa patstāvīgi atkārtoja šos atklājumus, aizdodot atbalstu idejai, ka neiroģenēze apstājas pēc zīdaiņa vecuma.
Pie vienas šūnas izšķirtspējas
Neskatoties uz šo konfliktējošo pētījumu, jaunais pētījums-no pētniekiem Karolinska institutetā Stokholmā-sniedz papildu pierādījumus pieaugušo neiroģenēzei, izmantojot mūsdienīgas secības un mašīnmācīšanās metodes.
Pētnieki izolēja vairāk nekā 4 00 000 neironu no hipokampu reģiona pēcnāves smadzeņu paraugiem no (mirušajiem) indivīdiem, kas vecāki par gadu vecumā līdz 78 gadiem. Tad viņi tos analizēja, izmantojot paņēmienu, ko sauc par atsevišķu kodolu RNS sekvencēšanu, kas nodrošina gandrīz pilnīgu gēnu parakstu, kas tiek izteikti (vai ieslēgti) katrā šūnā.
Tas ļāva komandai vienlaikus uzraudzīt simtiem marķieru šūnās, ieskaitot tos, kas raksturīgi šūnām, kas regulāri sadalījās. Viņi apmācīja mašīnmācības algoritmu, lai atpazītu šos marķierus, izmantojot RNS sekvencēšanas datus no hipokampu paraugiem, kas jaunāki par pieciem gadiem, kad neiroģenēze ir labi dokumentēta.
“Tas, ko mēs zinām no peles modeļiem, ir tas, ka parasti ir cilmes šūnas, kuras ik pa laikam un pēc tam tiek aktivizētas, proliferējas, lai iegūtu vairāk starpposmus, kas arī plaši dalās,” sacīja Ionut Dumitru, viens no pirmajiem pētījuma autoriem un Karolinska pētījumu speciālists. “Tie, kas izdzīvo, kļūst par to, ko mēs saucam par neiroblastiem – ļoti jauniem neironiem.”
Pētījumā komanda spēja identificēt visus trīs starpposma neironu stadiju veidus – neironu cilmes šūnas, neironu priekštečus un neiroblastus -, izmantojot mašīnmācīšanās algoritmu pat pusaudžu un pieaugušu smadzeņu paraugos.
“Viena no galvenajām šī pētījuma priekšrocībām ir transkriptikas apvienošana ar telpisko lokalizāciju,” sacīja Tripathi.
Autori izmantoja arī progresīvas metodes, ko sauc par RNascope un Xenium, lai divtik apstiprinātu, ka RNS paraksti pieder pie priekšteču šūnām dentatētajā gyrusā.
Ghosh piebilda, ka “plaša vecuma diapazona iekļaušana arī pastiprināja to novērojumus, parādot, ka neironu priekšteču šūnas var noteikt visā cilvēka dzīves laikā”.
Gan Tripathi, gan Ghosh arī vienojās, ka RNS paraksta līdzības starp cilvēku un grauzēju priekštečiem atbalstīja ideju, ka pieaugušo neiroģenēze ir konservēta zīdītāju iezīme – tas nozīmē, ka zīdītāji evolūcijas gaitā nezaudē šo spēju.
Tomēr skepse kavējas
Protams, ne visi ir pārliecināti.
Piemēram, Vasistha pauda bažas, ka autori paļāvās uz RNS parakstiem, kas, iespējams, nenorāda uz funkcionālo nozīmi. Saskaņā ar molekulārās bioloģijas centrālo dogmu DNS tiek transkribēts RNS, kas pēc tam tiek tulkots olbaltumvielās, kas beidzot veic šūnu funkcijas. Tātad tikai RNS atklāšana, Vasistha apgalvoja, nepierāda, ka gēns aktīvi ražo funkcionālu olbaltumvielu.
“Tās varētu būt paliekas no šūnas vēstures, saglabājot kamerā vai meitas šūnā,” viņš teica.
Tā vietā Vasistha turpinājās, izmantojot uz antivielām balstītas krāsošanas metodes, lai tieši marķieru olbaltumvielas marķētu, būtu bijis pārliecinošāks. Šī ir tā pati metode, kurā abi dokumenti, kas nevarēja atklāt jaunos neironus pieaugušo hipokampi.
Lai gan šo metodi bieži uzskata par zelta standartu, lai pievērstos tam, vai šūnai ir noteikts proteīns, tā ir arī ierobežojoša. Tā kā metode ir balstīta uz spēju atšķirt fluorescējošās krāsvielas, vienlaicīgi var marķēt tikai četrus marķierus, nevis simtiem vai vairāk RNS sekvencēšanas metodē.
Karolinska Institutet pētniece Marta Paterlini un otrs pirmais šī pētījuma autors apgalvoja to pašu: ka komanda “vēlējās attālināties no šīs ierobežojošās antivielu balstītās marķēšanas metodes”.
Es izmēģināju tik daudz dažādu antivielu, bet tās visas deva atšķirīgus rezultātus, ”viņa piebilda.
Tas nozīmē: kamēr autori interpretēja mainīgo antivielu balstītus krāsošanas rezultātus kā tehnikas ierobežojumu, citi, piemēram, vazishtha, paliek piesardzīgi un apšauba neironu priekšteču šūnu identificēšanu un klātbūtni.
Vēl viens strīda punkts, ar kuru arī Tripathi un Ghosh piekrita, ir tas, ka neironu priekšteču šūnu skaits ir ļoti mainīgs starp indivīdiem. Pētījuma autori to attiecināja uz diviem iemesliem – tehniskiem un bioloģiskiem.
“Mēs nekad apgalvojām, ka mūsu rezultāts ir kvantitatīvs,” sacīja Paterlini. “Mēs nevaram pateikt precīzus skaitļus, bet mēs varam droši pateikt, ka pieaugušo hipokampā ir neiroblastu un neironu priekšteču šūnas.”
“Dažreiz mūsu izmantotie paņēmieni labi darbojas dažiem paraugiem, bet ne tik labi citiem,” piebilda Dumitru, uzsverot tehnisko mainīgumu, neskatoties uz komandas centieniem.
Bioloģiskās variācijas, kuras viņi vēl vairāk apgalvoja, izriet no raksturīgajām ģenētiskajām atšķirībām cilvēkiem, no kuriem paraugi tika iegūti.
“Cilvēka paraugi ir tik neticami atšķirīgi viens no otra ģenētiski,” viņš piebilda, “turpretī peles modeļi ir saistīti ar ģenētiski līdzīgiem indivīdiem, kas, protams, samazina individuālo variāciju.”
Šīs variācijas var attiecināt arī uz vides un dzīvesveida atšķirībām.
“Piemēram, fiziskā aktivitāte palielina neironu priekšteču šūnu proliferāciju, savukārt hronisks stress vai sociālā izolācija samazina neiroģenēzi,” sacīja Gošs. “Tātad divi veseli indivīdi varētu parādīt ievērojami atšķirīgu neiroģenēzes līmeni, pamatojoties uz šādām ietekmēm.”
Viņa arī atzīmēja, ka, iekļaujot visaptverošus metadatus, piemēram, stresa līmeni, vingrinājumu paradumus un psiholoģisko stāvokli, varētu bagātināt turpmākos postmortem pētījumus.
Aicinājums vienprātībai
Pēc 27 gadu intensīvām debatēm un spekulācijām Dumitru un Paterlini ir gatavi virzīties tālāk.
“Sākotnēji skeptiķi teiktu:“ nav neiroģenēzes, pilnīga apstāšanās ”. Bet tagad, jauniem dokumentiem, kas parāda, ka ir priekšteči, tas ir pārvietots uz“ Labi, ir neiroģenēze, bet pieaugušajiem piedzimst ļoti maz neironu, vai ne? ”” Dumitru sacīja par mainīgo tendenci.
Vasistha joprojām nav pārliecināta. Viņš aicināja neiroģenēzes lauku kopumā panākt vienprātību par marķieriem, kas zinātniekiem būtu jāizmanto, lai identificētu neironu priekšteču šūnas, standartizētu protokolus, ko izmanto postmortem parauga sagatavošanai, un izveidotu stabilu validācijas sistēmu, kas balstīta uz RNS un olbaltumvielu noteikšanu pieaugušo neiroģenēzes gadījumā.
Visas lietas, kas tiek aplūkotas, jomas eksperti ir vienisprātis, ka metodoloģiskās atšķirības, šķiet, ir galvenais neatbilstību cēlonis dažādos pētījumos.
Pieaugušo neiroģenēze ir svarīga hipokampā, jo tā var izskaidrot, kā hipokamps var veikt kritiskas atmiņas funkcijas. Piemēram, daži zinātnieki ir izvirzījuši hipotēzi, ka dentatētais giruss sastāv no nobriedušu un nenobriedušu neironu sajaukuma.
“Šķiet, ka hipokampu shēma paļaujas uz šo unikālo īpašumu – lai optimizētu pārstrādi, lai optimizētu ļoti uzbudināmu jauno neironu un mazu nobriedušu neironu, saglabāšanu,” sacīja Gošs.
Šis dinamiskais sastāvs šajā reģionā var ņemt vērā plastmasas reakcijas, ti, elastību reakcijās uz līdzīgām situācijām, piemēram, kad jums vakar ir jānošķir, kur jūs novietojāt automašīnu, salīdzinot ar to, kur jūs šodien stāvējāt.
No klīniskā viedokļa Vasistha sacīja: “Pašlaik mums nav labu terapiju par demenci vai cita veida izziņas traucējumiem. Tātad, ja kāds var atklāt mehānismu, ar kuru jūs varat palielināt neiroģenēzes daudzumu, tas cilvēkiem atdotu zināmu atmiņas saglabāšanas līmeni un kognitīvās spējas, tāpēc viņi atgūst zināmu cieņu vecumā.”
Dumitru piebilda, ka “ir daudz vieglāk, daudz elegantāk, lai mudinātu vietēji izvietot neironu priekšteču šūnas, lai radītu nepieciešamos neironus, nevis transplantēt ārēji diferencētas cilmes šūnas, kas var būt invazīva un riskanta procedūra”.
Tomēr šīs reģeneratīvās terapijas ir tālu. Pirms klīniskās lietojumprogrammas var izstrādāt, joprojām pastāv daudz pamatjautājumu.
Grupai no Karolinska pirmais solis ir saprast vairāk par pieaugušajiem dzimušajiem neironiem, piemēram, to funkciju, skaitu un izplatīšanu.
“Lai nogalinātu debates, mums jāparāda specifika,” piebilda Dumitru.
Komanda pārbauda arī citas pieaugušo smadzeņu jomas, kur var notikt neiroģenēze, kas varētu sākt vēl citas aizraujošas debates.
Sheetal Potdar ir doktora grāds neirozinātnē un darbojas kā zinātnes rakstnieks.
