Het proces waarbij de cerebrale cortex, wat de meeste mensen denken als ze denken aan het woord "brein", om deze complexiteit te ontwikkelen begint wanneer stamcellen genereren van neuronen, zelfs vóór de geboorte.

Deze vaststelling is van een recente studie die het eerste directe bewijs dat de afzonderlijke lijnen van neuronen worden veroorzaakt door verschillende soorten neurale stamcellen en voorlopercellen bepaalt, en dat deze neuronen bewonen verschillende hersengebieden, ooit gedacht homogeen.



Jennifer Luebke, universitair hoofddocent van de anatomie en neurobiologie aan de Boston University School of Medicine, zei:

"Als we een beter begrip van hoe de hersenen onder normale omstandigheden, op het eenvoudigste niveau, dan kunnen we een beter begrip van hoe het werkt als er dingen fout gaan hebben. Waarom hebben sommige neuronen kwetsbaarder voor de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson? We hebben een goed begrip van hoe neurale diversiteit wordt gegenereerd om deze vragen te beantwoorden. "

Grootouders uw hersencellen '

Het menselijk brein bevat miljarden neuronen, alle enigszins verschillend van elkaar. Omdat ze anders zijn en hoe ze op die manier zijn enkele van de huidige puzzel neurowetenschappen. Groei van de hersenen begint al vroeg in de ontwikkeling van de foetus.

In dit stadium, de neurale stamcellen, men ze zien als grootouders van hersencellen, differentiëren tot een handvol intermediaire cellen "progenitor", vergelijkbaar met de ouders. Diverse ouders vervolgens aanleiding geven tot eindproducten: neuronen.

En neuronen, als menselijke baby's, zijn allemaal verschillend op een bepaalde manier. Maar als deze verschillen het eerst komt? En hoe?

Zegt Tarik Haydar, een School of Medicine universitair hoofddocent van de anatomie en neurobiologie Universiteit van Boston:

"Onze kennis van de moleculaire neurale voorlopercellen is drastisch veranderd in de laatste 10 jaar of zo. Met deze nieuwe kennis, waren we in staat om specifieke vragen over hoe ze werken. Nu weten we vragen, is er slechts één type van stamcellen in de hersenen en in het bijzonder in de cerebrale cortex, maar er zijn een half dozijn, wellicht zelfs meer.

We vroegen ons af waarom er zo veel soorten voorouders. Wat is hun doel en functie? "

Genealogie van de hersenen

Jarenlang wetenschappers theorie dat we hadden zoveel verschillende voorouders, omdat meer progenitorcellen betekende meer neuronen, leidt tot onze grote menselijke hersenen.

"Dit soort van logisch", zegt Haydar, "maar het blijkt dat alle soorten van voorlopercellen echt ingewikkeld menselijke hersenen zijn ook gevonden in de hersenen van muizen makkelijker. Dus leek het erop dat er iets aan kon gaan."

Haydar afgevraagd of de verschillende typen progenitorcellen hebben geleid tot geen neuronen meer, maar verschillende typen neuronen. Om het idee te testen, moest hij een manier om een ​​stamboom van de hersenen circuit dat progenitorcellen tot de neuronen bouwen.

Dan kon hij de afstammelingen van de verschillen te testen. Bill Tyler, een postdoctorale medestudenten in het laboratorium van Haydar, heeft de instrumenten gecreëerd om het te doen.

Tyler gericht op een type cel genoemd voorlopercellen tussenproduct basislijn, die werd gedacht vele jaren tot de meeste neuronen geven in de bovenste lagen van de cortex. Deze speciale cellen drukken een gen genaamd T-box hersenproteïne 2 terwijl de andere voorlopers in de foetale hersenen niet.

Tyler heeft deze gebruikt om zijn voordeel, het ontwerp van een techniek van genetische codering die tussenliggende basale voorlopers geëtiketteerd foetale muizen met fluorescent eiwit mCherry. Op deze manier zou de ouders en hun nakomelingen cellen rood gloeien.

Tegelijkertijd is de werkwijze van Tyler gemarkeerd alle andere progenitorcellen met een groen fluorescerend eiwit ZsGreen. Daarna wachtte hij tot de muizen werden geboren, en keek naar hun hersenen met een laser microscoop, die hem de hoge resolutie die nodig is om kleine details van de neuronen te zien gaf.

Rood en Groen

Courtesy: Tarik Haydar

Het beeld dat hij zag bleek dat de verrassende complexiteit van de cortex nu enigszins werd bevolen door de twee fluorescerende eiwitten: hersencellen rood en groen geknald fel tegen een zwarte achtergrond, hun tentakels gekleurde wind in alle richtingen.

Maar naast de duidelijke kleurverschil, de neuronen waren rood en groen verschillende andere wijze? Zo ja, hoe? "Dus wat we deden was naar de hersenen en vervolgens om de vorm en de activiteit van neuronen rood en groen nauwkeurig te meten," zei Haydar.

Dat is waar Luebke kwam op het toneel. Zijn lab is gespecialiseerd in elektrofysiologie neuron, die het elektrisch vermogen van de individuele hersencellen meet. Het is een moeilijk proces.

"Het is niet zo gemakkelijk om het lezen te krijgen. Een heleboel dingen om rechtdoor te gaan," zei Luebke. "Elke opname duurt ongeveer een uur. Soms denk je dat je in een cel, en dan ben je niet. In een bepaald dier, zouden we alleen in staat om drie of vier cellen die kunnen worden herbouwd op te nemen."

De vroege progenitorcellen

Teamwork accurate beloond met enkele opmerkelijke resultaten hebben gevonden dat neuronen rood en groen waren opvallend verschillend.

"Rode bloedcellen waren veel meer prikkelbaar," zei Luebke.

Hoewel rode neuronen waren fysiek makkelijker dan hun groene neven, vuurde ze uit een aantal meer elektrische impulsen wanneer gestimuleerd. De cellen ook verschilden in hun "input weerstand", die sterk van invloed op hun reactie op een elektrisch signaal.

Haydar zei:

"Neuronen rode en groene neuronen zeer verschillend, hoewel ze allemaal geboren tegelijkertijd en naar dezelfde plaats. Ik denk Dit toont aan dat er fundamentele componenten van de identiteit van een neuron dat de allereerste vormen ontwikkelingsstadia. '

Wetenschappers denken dat dit vermogen van stamcellen om vroeg genereren verschillen tussen neuronen spelen een belangrijke rol in de gezonde werking van de hersenen. Een van hun volgende stap is te zien of de verandering van de voorlopers cognitieve problemen in bepaalde humane ziekten kunnen veroorzaken.

Tyler en Haydar onlangs aangetoond dat een type stamcellen in de hersenen van de foetus van een muismodel Down syndroom wordt verminderd. Deze veranderingen zou kunnen betekenen dat de diversiteit neuron in de vroegste stadia van het leven kan worden gewijzigd, en dat deze aandoening kunnen wortelen in de hersenen voordat de neuronen nog steeds worden gemaakt.

Een dieper begrip van deze fundamentele wetenschap op een dag leiden tot betere behandelingen voor ontwikkelingsstoornissen.

"Het brein is een groot aantal circuits met elkaar verbonden, en we zijn net aan het begin te begrijpen hoe circuits werken, laat staan ​​hoe ze moeten zijn," zei Haydar. "Maar dit werk opent een nieuw begrip en een nieuwe arena van het onderzoek."

William A. Tyler, Maria Medalla, Teresa Guillamon-Vivancos, Jennifer I. Luebke en Tarik F. Haydar
Neurale voorloper Casati Geef verschillende soorten neocorticale piramidale neuronen
The Journal of Neuroscience, 15 april 2015, 35: 6142-6152;