ძველი მოსაზრების თანახმად, ტვინის ყველა ნაწილი ემბრიონის განვითარების ადრეულ ეტაპზე არსებული ერთი საერთო საწყისიდან ყალიბდებოდა, მაგრამ სტენფორდის უნივერსიტეტის მკვლევრებმა გამოავლინეს, რომ ტვინის განვითარებაში ორი განსხვავებული წინამორბედი უჯრედული პოპულაცია მონაწილეობს. ისინი ერთდროულად წარმოიქმნება, თუმცა მათი გენეტიკური პროგრამა განსხვავებულია და ტვინის სხვადასხვა ნაწილის განვითარებას განაპირობებს.
კვლევის მიხედვით, ტვინის განვითარებაში ორი უძველესი ნერვული სისტემა ერთიანდება: ერთი სასიცოცხლო ფუნქციებს, მათ შორის, სუნთქვასა და გულისცემას უკავშირდება, მეორე კი – კოგნიტურ უნარებს, აბსტრაქტულ აზროვნებასა და თვითშემცნებას განაპირობებს.
მაგრამ როგორ ყალიბდება ეს ორი განსხვავებული მიმართულება ემბრიონის განვითარებისას?
ნერვული ექტოდერმა ემბრიონის ადრეული ქსოვილია, რომლისგანაც ტვინი და ნერვული სისტემა ვითარდება. თაგვის ემბრიონზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტმა, რომლის ფარგლებშიც მეცნიერები უჯრედების განვითარების გზებს დააკვირდნენ, აჩვენა, რომ განვითარების ადრეულ ეტაპზე, ჯერ კიდევ გასტრულაციის ფაზაში, ერთდროულად ჩნდება ნერვული ექტოდერმის ორი წინამორბედი პოპულაცია: წინა და უკანა ნერვული ექტოდერმა.
წინა ნერვული ექტოდერმა წინა და შუა ტვინის განვითარებას განაპირობებს, უკანა კი – უკანა ტვინისას. მათში სხვადასხვა გენი აქტიურდება: წინა ნერვულ ექტოდერმაში – Otx2, ხოლო უკანაში – Gbx2. განსხვავებული გენეტიკური აქტივობა მათ განვითარებას სხვადასხვა მიმართულებას აძლევს.
განსხვავება მხოლოდ გენების აქტივობაში არ გამოიხატება. მკვლევრებმა შეისწავლეს ქრომატინიც – უჯრედის ბირთვში არსებული სტრუქტურა, რომელშიც დნმ არის შეფუთული. ქრომატინის ორგანიზება გავლენას ახდენს იმაზე, თუ რომელი გენის გააქტიურება ან დათრგუნვა შეუძლია უჯრედს. აღმოჩნდა, რომ წინა და უკანა ნერვულ ექტოდერმას ქრომატინის განსხვავებული სტრუქტურა აქვს, რაც მათი განვითარების ადრეულ ეტაპზევე განსაზღვრულ მიმართულებებს შეესაბამება. ამგვარად, უჯრედების მომავალი დანიშნულება ჯერ კიდევ მანამდე იკვეთება, ვიდრე ტვინის კონკრეტული უბნები ჩამოყალიბდება.
როგორ დაეხმარა აღმოჩენა მკვლევრებს ნეირონების მიღებაში?
კვლევის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი შედეგი ადამიანის მრავალმხრივი განვითარების უნარის მქონე (პლურიპოტენტური) ღეროვანი უჯრედებიდან უკანა ტვინის მოტორული ნეირონების მიღება იყო, კერძოდ: უკანა ტვინის მე-5 და მე-6 სეგმენტისთვის დამახასიათებელი მოტორული ნეირონების, რომლებიც სახის მიმიკურ მოძრაობასა და ყლაპვაში მონაწილეობენ. აქამდე ამ ტიპის ნეირონების მიღება ლაბორატორიულ პირობებში სირთულეს წარმოადგენდა, თუმცა განვითარების ადრეული გენეტიკური პროგრამის გაშიფვრამ მკვლევრებს საშუალება მისცა, მიეღოთ უჯრედები, რომლებიც ამ მოტორული ნეირონების ელექტრულ იმპულსსა და ფუნქციურ მახასიათებლებს იმეორებენ.
ამასთან, მიგნება ახალ შესაძლებლობებს ქმნის ნეიროდეგენერაციული დაავადებების: სპინალური კუნთოვანი ატროფიისა და ამიოტროფული გვერდითი სკლეროზის შესწავლაში, ვინაიდან ასეთი პათოლოგიების დროს სწორედ მოტორული ნეირონები ზიანდება, მათი ლაბორატორიული ანალოგები კი დაავადების მექანიზმზე დაკვირვებისა და ახალი პრეპარატების ტესტირების საშუალებას იძლევა.
საინტერესოა, რომ მსგავსი სურათი მეცნიერებმა ევოლუციურად დაშორებულ ორგანიზმებშიც აღმოაჩნიეს, მათ შორის თევზებში, ფრინველებსა და რქოვან ჭიებში -ზღვის უხერხემლო ცხოველებში, რომლებსაც ადამიანებთან საერთო შორეული წინაპარი ჰყავთ. მათი ვარაუდით ეს ორი წინამორბედი პოპულაცია დაახლოებით 550 მილიონი წლის განმავლობაშია ევოლუციურად შენარჩუნებული.
წყარო: Nature
