Hipokampuse CA1 piirkonnas ilmnesid varjatud rakukihid

Hipokampuse CA1 piirkonnas ilmnesid varjatud rakukihid

USC Kecki meditsiinikooli Mark ja Mary Stevensi neuroimaging ja informaatika instituudi (Stevens INI) teadlased on tuvastanud varem tundmatu organisatsioonimustri ühes õppimise ja mälu jaoks kõige olulisemas ajupiirkonnas. Uuring, mis avaldati aastalloodusega suhtlemine,näitab, et hiire hipokampuse CA1 piirkonnas, mis on mälu moodustamise, ruumilise navigeerimise ja emotsioonide jaoks ülioluline struktuur, on neli erinevat spetsiaalsete rakutüüpide kihti. See avastus muudab meie arusaama teabe töötlemisest ajus ja võib selgitada, miks teatud rakud on vastuvõtlikumad sellistele haigustele nagu Alzheimeri tõbi ja epilepsia.

Teadlased on pikka aega kahtlustanud, et hipokampuse CA1 piirkonna erinevad osad kontrollisid õppimise ja mälu erinevaid aspekte, kuid ei olnud selge, kuidas nende aluseks olevad rakud olid paigutatud.

Michael S. Bienkowski, PhD, uuringu vanemautor ning füsioloogia ja neuroteaduse ning biomeditsiinitehnika dotsent

"Meie uuring näitab, et CA1 neuronid on jaotatud neljaks õhukeseks pidevaks ribaks, millest igaüks esindab erinevat tüüpi neuroneid, mis on määratletud ainulaadse molekulaarse signatuuriga. Need kihid ei ole paigas, vaid nihutavad ja muudavad peenelt paksust kogu hipokampuse pikkuses. See nihkemuster tähendab, et CA1 iga osa sisaldab oma neuronitüüpide segu, mis selgitab ka seda, miks CA1 erinevad piirkonnad toetavad erinevat käitumist. haigused, nagu see Alzheimeri tõbi ja epilepsia: "Kui haigus on suunatud kihi rakutüübile, varieeruvad mõjud sõltuvalt sellest, kus CA1-s see kiht on kõige enam väljendunud."

Kasutades võimsat RNA märgistamismeetodit, mida nimetatakse RNAskoobiks ja kõrge eraldusvõimega mikroskoopiat, jäädvustas meeskond ühe molekuli geeniekspressioonist selgeid pilte, et tuvastada CA1 rakutüübid hiire ajukoes. 58 065 CA1 püramiidrakus visualiseerisid nad enam kui 330 000 RNA molekuli – geneetilisi sõnumeid, mis näitavad, millal ja kus geenid aktiveeritakse. Neid aktiivsusmustreid jälgides koostasid teadlased üksikasjaliku kaardi, mis näitab hippokampuse CA1 piirkonna erinevat tüüpi neuronite piire.

Tulemused näitasid, et CA1 piirkond koosneb neljast külgnevast neuronite kihist, millest igaüht iseloomustab spetsiifiline aktiivsete geenide komplekt. 3D-s moodustavad need kihid lehti, mille paksus ja struktuur kogu hipokampuse pikkuses pisut erinevad. See selge, kihiline muster aitab mõista varasemaid uuringuid, milles vaadeldi piirkonda rakutüüpide järkjärgulisema segu või mosaiigina.

"Kui visualiseerisime geeni RNA mustreid üherakulise eraldusvõimega, nägime selgeid triipe, nagu kivimite geoloogilisi kihte, millest igaüks esindab teatud tüüpi neuronit," ütles Maricarmen Pachicano, Stevens INI integratiivse konnekoomika keskuse doktorant ja töö esimene autor. "See on nagu loori kergitamine aju sisearhitektuuri kohal. Need peidetud kihid võivad selgitada erinevusi selles, kuidas hipokampuse ahelad toetavad õppimist ja mälu."

Hipokampus on üks esimesi piirkondi, mida Alzheimeri tõbi mõjutab ning see on seotud ka epilepsia, depressiooni ja muude neuroloogiliste haigustega. CA1 kihilise struktuuri paljastamisega annab uuring teekaardi, et uurida, millised spetsiifilised neuronitüübid on nende haiguste puhul kõige haavatavamad.

"Sellised avastused illustreerivad, kuidas kaasaegne pildistamine ja andmeteadus võivad muuta meie vaadet aju anatoomiale," ütles USC Kecki meditsiinikooli Stevensi INI ja Ghada Iraani neuroteaduste õppetooli direktor Arthur W. Toga. "See töö tugineb Stevens INI pikale traditsioonile pildistada aju igal skaalal, alates molekulidest kuni tervete võrkudeni, ning mõjutab nii fundamentaalseid neuroteadusi kui ka translatsiooniuuringuid, mis on suunatud mälule ja tunnetusele."

Uus CA1 rakutüübi atlas, mis on loodud Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA) andmete põhjal, on ülemaailmsele teadlaskonnale vabalt kättesaadav. Andmekogum sisaldab interaktiivseid 3D-visualisatsioone, millele pääseb juurde Stevens INI-s loodud liitreaalsuse rakenduse Schol-AR kaudu, mis võimaldab teadlastel uurida hipokampuse kihte enneolematult detailselt.

Kuna see hiirte kihistusmuster on sarnane primaatide ja inimeste ajus täheldatuga – sealhulgas muutustega CA1 piirkonna paksuses – kahtlustavad teadlased, et see võib olla paljude imetajate ajude ühine tunnusjoon. Kuigi selle organisatsiooni kinnitamiseks inimestel on vaja täiendavaid uuringuid, annab see leid paljulubava aluse tulevastele võrdlevatele ja translatiivsetele uuringutele selle kohta, kuidas hipokampuse arhitektuur toetab mälu ja tunnetust.

"Järgmine väljakutse on mõista, kuidas need kihid on käitumisega seotud, " ütles Bienkowski. "Nüüd on meil raamistik, et uurida, kuidas teatud neuronite kihid aitavad kaasa nii mitmekesiste funktsioonide täitmisele nagu mälu, navigeerimine ja emotsioonid ning kuidas nende häired võivad põhjustada haigusi."

Uuringu kohta

Lisaks Bienkowskile ja Pachicanole on uuringu teiste autorite seas Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyler Ard, Jim Stanis ja Bayla Breningstall.

Seda tööd toetasid riiklikud terviseinstituudid / riiklik vananemisinstituut (K01AG066847, R36AG087310-01, lisa P30-AG066530-03S1), riiklik teadusfond (toetus 2121164) ja USC närvide pikaealisuse keskuse rahalised vahendid. Selles väljaandes esitatud uurimisandmeid toetas riiklike tervishoiuinstituutide direktori büroo grandinumbriga S10OD032285.

Allikad: