Скрити клетъчни слоеве, разкрити в областта CA1 на хипокампуса

Скрити клетъчни слоеве, разкрити в областта CA1 на хипокампуса

Изследователи от Института за невроизобразяване и информатика на Марк и Мери Стивънс (Stevens INI) към Медицинското училище Кек на USC са идентифицирали неизвестен досега модел на организация в една от най-важните области на мозъка за учене и памет. Проучването, публикувано вобщуване с природата,показва, че областта CA1 на мишия хипокампус, структура, която е от решаващо значение за формирането на паметта, пространствената навигация и емоциите, има четири различни слоя от специализирани видове клетки. Това откритие променя нашето разбиране за това как информацията се обработва в мозъка и може да обясни защо някои клетки са по-податливи на болести като Алцхаймер и епилепсия.

Изследователите отдавна подозират, че различни части от областта CA1 на хипокампуса контролират различни аспекти на ученето и паметта, но не е ясно как са подредени подлежащите клетки.

Майкъл С. Биенковски, д-р, старши автор на изследването и асистент по физиология и неврология и биомедицинско инженерство

"Нашето проучване показва, че CA1 невроните са организирани в четири тънки, непрекъснати ленти, всяка от които представлява различен тип неврон, дефиниран от уникален молекулярен подпис. Тези слоеве не са фиксирани на място, но фино се изместват и променят дебелината по дължината на хипокампуса. Този модел на изместване означава, че всяка част от CA1 съдържа своя собствена комбинация от типове неврони, което обяснява защо различните региони поддържат различни поведения. Това може също да изясни защо някои CA1 неврони са активен при заболявания като болестта на Алцхаймер и епилепсията: "Когато заболяването е насочено към клетъчния тип на слой, ефектите варират в зависимост от това къде в CA1 този слой е най-изразен."

Използвайки мощен метод за маркиране на РНК, наречен РНКоскоп и микроскопия с висока разделителна способност, екипът засне ясни моментни снимки на генна експресия на единична молекула, за да идентифицира типове клетки CA1 в мозъчната тъкан на мишка. В 58 065 пирамидални клетки CA1 те визуализираха повече от 330 000 РНК молекули - генетичните съобщения, които показват кога и къде се активират гените. Проследявайки тези модели на активност, изследователите създадоха подробна карта, показваща границите между различните видове неврони в областта CA1 на хипокампуса.

Резултатите показват, че областта CA1 се състои от четири съседни слоя неврони, всеки от които се характеризира със специфичен набор от активни гени. В 3D тези слоеве образуват листове, които леко варират по дебелина и структура по дължината на хипокампуса. Този ясен, слоест модел помага да се разберат предишни проучвания, които разглеждат региона като по-постепенна смес или мозайка от типове клетки.

„Когато визуализирахме генни РНК модели при разделителна способност на една клетка, можехме да видим ясни ивици, като геоложки слоеве в скала, всяка от които представлява специфичен тип неврон“, каза Марикармен Пачикано, докторант в Центъра за интегративна свързаност в Stevens INI и съавтор на статията. "Това е като повдигане на воал върху вътрешната архитектура на мозъка. Тези скрити слоеве могат да обяснят разликите в начина, по който хипокампалните вериги поддържат ученето и паметта."

Хипокампусът е сред първите региони, засегнати от болестта на Алцхаймер и също участва в епилепсия, депресия и други неврологични заболявания. Чрез разкриване на слоестата структура на CA1, изследването предоставя пътна карта за изследване кои специфични видове неврони са най-уязвими при тези заболявания.

„Открития като тези илюстрират как съвременните изображения и науката за данни могат да трансформират нашия възглед за мозъчната анатомия“, каза Артър У. Тога, д-р, директор на Stevens INI и Ghada Irani Chair in Neuroscience в Keck School of Medicine of USC. „Тази работа се основава на дългата традиция на Stevens INI да изобразява мозъка във всякакъв мащаб, от молекули до цели мрежи, и ще повлияе както на фундаменталните невронауки, така и на транслационните изследвания, насочени към паметта и познанието.“

Новият CA1 клетъчен атлас, създаден с помощта на данни от Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA), е свободно достъпен за световната изследователска общност. Наборът от данни включва интерактивни 3D визуализации, достъпни чрез приложението за добавена реалност Schol-AR, създадено в Stevens INI, което позволява на учените да изследват хипокампалните слоеве в безпрецедентни детайли.

Тъй като този модел на наслояване при мишки е подобен на наблюдавания в мозъците на примати и хора - включително промени в дебелината на региона CA1 - изследователите подозират, че това може да е обща характеристика в мозъците на много бозайници. Въпреки че са необходими допълнителни проучвания, за да се потвърди тази организация при хората, находката предоставя обещаваща основа за бъдещи сравнителни и транслационни изследвания за това как хипокампалната архитектура поддържа паметта и познанието.

„Разбирането как тези слоеве са свързани с поведението е следващото предизвикателство“, каза Bienkowski. „Вече имаме рамка за изследване как специфични слоеве от неврони допринасят за толкова разнообразни функции като памет, навигация и емоции, и как тяхното прекъсване може да доведе до заболяване.“

Относно изследването

В допълнение към Bienkowski и Pachicano, други автори на изследването включват Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyler Ard, Jim Stanis и Bayla Breningstall.

Тази работа беше подкрепена от Националния институт по здравеопазване/Националния институт по стареене (K01AG066847, R36AG087310-01, добавка P30-AG066530-03S1), Националната научна фондация (безвъзмездна помощ 2121164) и средства от USC Center for Neural Longevity. Данните от изследванията, представени в тази публикация, бяха подкрепени от Службата на директора на Националните здравни институти под номер на грант S10OD032285.

източници: