Skryté buněčné vrstvy odhalené v oblasti CA1 hippocampu

Skryté buněčné vrstvy odhalené v oblasti CA1 hippocampu

Výzkumníci z Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute (Stevens INI) na Keck School of Medicine v USC identifikovali dříve neznámý vzorec organizace v jedné z nejdůležitějších oblastí mozku pro učení a paměť. Studie, publikovaná vkomunikace v přírodě,ukazuje, že oblast CA1 myšího hipokampu, struktura rozhodující pro tvorbu paměti, prostorovou navigaci a emoce, má čtyři odlišné vrstvy specializovaných typů buněk. Tento objev mění naše chápání toho, jak jsou informace zpracovávány v mozku, a mohl by vysvětlit, proč jsou některé buňky náchylnější k nemocem, jako je Alzheimerova choroba a epilepsie.

Výzkumníci dlouho předpokládali, že různé části oblasti CA1 hippocampu ovládají různé aspekty učení a paměti, ale nebylo jasné, jak byly uspořádány základní buňky.

Michael S. Bienkowski, PhD, hlavní autor studie a odborný asistent fyziologie a neurověd a biomedicínského inženýrství

"Naše studie ukazuje, že neurony CA1 jsou organizovány do čtyř tenkých, souvislých pásů, z nichž každý představuje jiný typ neuronu definovaný jedinečným molekulárním podpisem. Tyto vrstvy nejsou fixovány na místě, ale jemně se posouvají a mění tloušťku podél délky hippocampu. Tento vzorec posunů znamená, že každá část CA1 obsahuje vlastní směs typů neuronů, což vysvětluje, proč různé oblasti také podporují různá chování u některých neuronů. epilepsie: "Když se nemoc zaměřuje na buněčný typ vrstvy, účinky se liší v závislosti na tom, kde v CA1 je tato vrstva nejvýraznější."

Pomocí výkonné metody značení RNA zvané RNAscope a mikroskopie s vysokým rozlišením tým zachytil jasné snímky exprese genu jedné molekuly, aby identifikoval typy buněk CA1 v mozkové tkáni myší. V 58 065 pyramidových buňkách CA1 vizualizovali více než 330 000 molekul RNA – genetické zprávy, které ukazují, kdy a kde jsou geny aktivovány. Sledováním těchto vzorců aktivity vytvořili vědci podrobnou mapu ukazující hranice mezi různými typy neuronů v oblasti CA1 hippocampu.

Výsledky ukázaly, že oblast CA1 se skládá ze čtyř souvislých vrstev neuronů, z nichž každá je charakterizována specifickou sadou aktivních genů. Ve 3D tvoří tyto vrstvy listy, které se mírně liší v tloušťce a struktuře podél délky hippocampu. Tento jasný, vrstvený vzor pomáhá porozumět předchozím studiím, které tuto oblast považovaly za pozvolnější směs nebo mozaiku buněčných typů.

"Když jsme vizualizovali vzory genové RNA v jednobuněčném rozlišení, mohli jsme vidět jasné pruhy, jako geologické vrstvy v hornině, z nichž každý představuje specifický typ neuronu," řekl Maricarmen Pachicano, doktorand z Centra pro integrativní Connectomics na Stevens INI a spoluautor článku. "Je to jako zvedat závoj přes vnitřní architekturu mozku. Tyto skryté vrstvy by mohly vysvětlit rozdíly ve způsobu, jakým hipokampální obvody podporují učení a paměť."

Hipokampus je jednou z prvních oblastí postižených Alzheimerovou chorobou a je také zapojen do epilepsie, deprese a dalších neurologických onemocnění. Odhalením vrstvené struktury CA1 studie poskytuje plán pro zkoumání, které konkrétní typy neuronů jsou při těchto onemocněních nejzranitelnější.

„Objevy, jako jsou tyto, ilustrují, jak moderní zobrazování a věda o datech může změnit náš pohled na anatomii mozku,“ řekl Arthur W. Toga, PhD, ředitel Stevens INI a katedry Ghada Irani v neurovědě na Keck School of Medicine v USC. "Tato práce staví na dlouhé tradici Stevens INI zobrazování mozku v každém měřítku, od molekul po celé sítě, a ovlivní jak základní neurovědy, tak translační studie zaměřené na paměť a kognici."

Nový atlas buněčného typu CA1, vytvořený pomocí dat z Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA), je volně dostupný pro globální výzkumnou komunitu. Datový soubor obsahuje interaktivní 3D vizualizace přístupné prostřednictvím aplikace pro rozšířenou realitu Schol-AR vytvořené ve Stevens INI, která umožňuje vědcům prozkoumat hipokampální vrstvy v bezprecedentních detailech.

Protože tento vzor vrstvení u myší je podobný tomu, co bylo pozorováno u primátů a lidských mozků - včetně změn v tloušťce oblasti CA1 - vědci mají podezření, že to může být běžný rys v mnoha mozcích savců. Zatímco k potvrzení této organizace u lidí jsou zapotřebí další studie, toto zjištění poskytuje slibný základ pro budoucí srovnávací a translační výzkum toho, jak architektura hipokampu podporuje paměť a poznávání.

"Pochopení toho, jak tyto vrstvy souvisí s chováním, je další výzvou," řekl Bienkowski. "Nyní máme rámec pro studium toho, jak specifické vrstvy neuronů přispívají k funkcím tak různorodým, jako je paměť, navigace a emoce, a jak může jejich narušení vést k onemocnění."

O studiu

Kromě Bienkowského a Pachicana jsou dalšími autory studie Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyler Ard, Jim Stanis a Bayla Breningstall.

Tato práce byla podpořena National Institutes of Health/National Institute of Aging (K01AG066847, R36AG087310-01, Supplement P30-AG066530-03S1), National Science Foundation (grant 2121164) a prostředky z USC Center for Neural Longevity. Výzkumná data uvedená v této publikaci byla podpořena Kancelářem ředitele Státního zdravotního ústavu pod číslem grantu S10OD032285.

Zdroje: