تم الكشف عن طبقات الخلايا المخفية في منطقة CA1 في الحصين

تم الكشف عن طبقات الخلايا المخفية في منطقة CA1 في الحصين

حدد الباحثون في معهد مارك وماري ستيفنز للتصوير العصبي والمعلوماتية (Stevens INI) في كلية كيك للطب بجامعة جنوب كاليفورنيا نمطًا غير معروف سابقًا من التنظيم في واحدة من أهم مناطق الدماغ للتعلم والذاكرة. الدراسة التي نشرت فيالتواصل الطبيعي,يوضح أن منطقة CA1 في قرن آمون الفأر، وهي بنية مهمة لتكوين الذاكرة، والملاحة المكانية، والعواطف، تحتوي على أربع طبقات متميزة من أنواع الخلايا المتخصصة. يغير هذا الاكتشاف فهمنا لكيفية معالجة المعلومات في الدماغ ويمكن أن يفسر سبب كون بعض الخلايا أكثر عرضة لأمراض مثل مرض الزهايمر والصرع.

لقد اشتبه الباحثون منذ فترة طويلة في أن أجزاء مختلفة من منطقة CA1 في الحصين تتحكم في جوانب مختلفة من التعلم والذاكرة، لكن لم يكن من الواضح كيف تم ترتيب الخلايا الأساسية.

مايكل س. بينكوفسكي، دكتوراه، مؤلف رئيسي للدراسة وأستاذ مساعد في علم وظائف الأعضاء وعلم الأعصاب والهندسة الطبية الحيوية

"تظهر دراستنا أن الخلايا العصبية CA1 منظمة في أربعة نطاقات رفيعة ومتواصلة، يمثل كل منها نوعًا مختلفًا من الخلايا العصبية يحدده توقيع جزيئي فريد. هذه الطبقات ليست ثابتة في مكانها، ولكنها تتحرك بمهارة وتغير سمكها على طول الحصين. ويعني هذا النمط من التحولات أن كل جزء من CA1 يحتوي على مزيج خاص به من أنواع الخلايا العصبية، وهو ما يفسر سبب دعم مناطق مختلفة لسلوكيات مختلفة. وقد يوضح هذا أيضًا سبب نشاط بعض الخلايا العصبية CA1 في أمراض مثل مرض الزهايمر ومرض الزهايمر. الصرع: "عندما يستهدف المرض نوع الخلية في الطبقة، تختلف التأثيرات اعتمادًا على المكان الذي تكون فيه تلك الطبقة أكثر وضوحًا في CA1."

باستخدام طريقة قوية لتصنيف الحمض النووي الريبي (RNA) تسمى RNAscope والفحص المجهري عالي الدقة، التقط الفريق لقطات واضحة للتعبير الجيني لجزيء واحد لتحديد أنواع خلايا CA1 في أنسجة دماغ الفأر. وفي 58.065 خلية هرمية CA1، تصوروا أكثر من 330.000 جزيء RNA - وهي الرسائل الجينية التي توضح متى وأين يتم تنشيط الجينات. من خلال تتبع أنماط النشاط هذه، أنشأ الباحثون خريطة تفصيلية توضح الحدود بين أنواع مختلفة من الخلايا العصبية في منطقة CA1 في الحصين.

وأظهرت النتائج أن منطقة CA1 تتكون من أربع طبقات متجاورة من الخلايا العصبية، تتميز كل منها بمجموعة محددة من الجينات النشطة. في صورة ثلاثية الأبعاد، تشكل هذه الطبقات صفائح تختلف قليلًا في سمكها وبنيتها على طول الحصين. يساعد هذا النمط الواضح ذو الطبقات على فهم الدراسات السابقة التي نظرت إلى المنطقة على أنها خليط أكثر تدرجًا أو فسيفساء من أنواع الخلايا.

قال ماريكارمن باتشيكانو، طالب دكتوراه في مركز الوصلات التكاملية في معهد ستيفنز INI والمؤلف الأول المشارك في الدراسة: "عندما تصورنا أنماط الحمض النووي الريبوزي الجيني بدقة الخلية الواحدة، تمكنا من رؤية خطوط واضحة، مثل الطبقات الجيولوجية في الصخور، تمثل كل منها نوعًا معينًا من الخلايا العصبية". "إن الأمر يشبه رفع الحجاب عن البنية الداخلية للدماغ. يمكن لهذه الطبقات المخفية أن تفسر الاختلافات في الطريقة التي تدعم بها دوائر الحصين التعلم والذاكرة."

يعد الحصين من بين المناطق الأولى التي تتأثر بمرض الزهايمر ويشارك أيضًا في الصرع والاكتئاب والأمراض العصبية الأخرى. من خلال الكشف عن البنية الطبقية لـ CA1، توفر الدراسة خارطة طريق للتحقيق في أنواع الخلايا العصبية المحددة الأكثر عرضة لهذه الأمراض.

قال آرثر توجا، مدير معهد ستيفنز INI ورئيس غادة إيراني في علم الأعصاب في كلية كيك للطب بجامعة جنوب كاليفورنيا: "توضح مثل هذه الاكتشافات كيف يمكن للتصوير الحديث وعلوم البيانات أن تغير نظرتنا إلى تشريح الدماغ". "يعتمد هذا العمل على تقليد ستيفنز آي إن آي الطويل في تصوير الدماغ على كل نطاق، من الجزيئات إلى الشبكات بأكملها، وسيؤثر على كل من علم الأعصاب الأساسي والدراسات الانتقالية التي تستهدف الذاكرة والإدراك."

إن أطلس نوع الخلية CA1 الجديد، الذي تم إنشاؤه باستخدام بيانات من أطلس التعبير الجيني الحصين (HGEA)، متاح مجانًا لمجتمع البحث العالمي. تتضمن مجموعة البيانات تصورات تفاعلية ثلاثية الأبعاد يمكن الوصول إليها من خلال تطبيق الواقع المعزز Schol-AR الذي تم إنشاؤه في ستيفنز INI، مما يسمح للعلماء باستكشاف طبقات الحصين بتفاصيل غير مسبوقة.

ولأن نمط الطبقات هذا في الفئران يشبه ما لوحظ في أدمغة الرئيسيات والبشر - بما في ذلك التغيرات في سمك منطقة CA1 - يشتبه الباحثون في أنه قد يكون سمة مشتركة في العديد من أدمغة الثدييات. في حين أن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتأكيد هذا التنظيم لدى البشر، فإن هذا الاكتشاف يوفر أساسًا واعدًا للأبحاث المقارنة والانتقالية المستقبلية حول كيفية دعم بنية الحصين للذاكرة والإدراك.

وقال بينكوفسكي: "إن فهم كيفية ارتباط هذه الطبقات بالسلوك هو التحدي التالي". "لدينا الآن إطار لدراسة كيفية مساهمة طبقات معينة من الخلايا العصبية في وظائف متنوعة مثل الذاكرة والملاحة والعواطف، وكيف يمكن أن يؤدي تعطيلها إلى المرض."

حول الدراسة

بالإضافة إلى بينكوفسكي وباشيكانو، هناك مؤلفون آخرون للدراسة يشملون شري ميهتا، وأنجيلا هورتادو، وتايلر أرد، وجيم ستانيس، وبايلا بريننجستال.

تم دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة/المعهد الوطني للشيخوخة (K01AG066847، R36AG087310-01، الملحق P30-AG066530-03S1)، والمؤسسة الوطنية للعلوم (منحة 2121164)، وأموال من مركز جامعة جنوب كاليفورنيا لطول العمر العصبي. تم دعم البيانات البحثية الواردة في هذا المنشور من قبل مكتب مدير المعاهد الوطنية للصحة تحت رقم المنحة S10OD032285.

مصادر: