Hippokampuksen CA1-alueelta paljastettiin piilotettuja solukerroksia

Hippokampuksen CA1-alueelta paljastettiin piilotettuja solukerroksia

Keck School of Medicine of USC:n Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Instituten (Stevens INI) tutkijat ovat tunnistaneet aiemmin tuntemattoman organisaatiomallin yhdellä aivojen tärkeimmistä alueista oppimisen ja muistin kannalta. Tutkimus, joka julkaistiin vuonnaluontoviestintä,osoittaa, että hiiren hippokampuksen CA1-alueella, muistin muodostumiselle, avaruudelliselle navigoinnille ja tunteille ratkaisevassa rakenteessa, on neljä erillistä kerrosta erikoistuneita solutyyppejä. Tämä löytö muuttaa ymmärrystämme siitä, kuinka tietoa käsitellään aivoissa, ja voi selittää, miksi tietyt solut ovat alttiimpia sairauksille, kuten Alzheimerin taudille ja epilepsialle.

Tutkijat ovat pitkään epäilleet, että hippokampuksen CA1-alueen eri osat kontrolloivat erilaisia ​​oppimisen ja muistin näkökohtia, mutta ei ollut selvää, kuinka taustalla olevat solut järjestettiin.

Michael S. Bienkowski, PhD, tutkimuksen vanhempi kirjoittaja ja fysiologian ja neurotieteen sekä biolääketieteen tekniikan apulaisprofessori

"Tutkimuksemme osoittaa, että CA1-hermosolut on organisoitu neljään ohueen jatkuvaan vyöhykkeeseen, joista jokainen edustaa erityyppistä hermosolua, joka on määritelty ainutlaatuisella molekyylitunnisteella. Nämä kerrokset eivät ole kiinnittyneinä paikoilleen, vaan ne siirtyvät hienovaraisesti ja muuttavat paksuutta pitkin hippokampuksen pituutta. Tämä siirtymämalli tarkoittaa, että CA1:n jokainen osa sisältää oman yhdistelmänsä hermosolutyyppejä, mikä selittää myös sen, miksi CA1-alueet tukevat erilaista käyttäytymistä eri alueilla. sairaudet, kuten tämä Alzheimerin tauti ja epilepsia: "Kun sairaus kohdistuu kerroksen solutyyppiin, vaikutukset vaihtelevat sen mukaan, missä CA1:ssä tämä kerros on voimakkain."

Käyttämällä tehokasta RNA-leimausmenetelmää nimeltä RNAscope ja korkearesoluutioinen mikroskopia, tiimi otti selkeitä tilannekuvia yhden molekyylin geenin ilmentymisestä tunnistaakseen CA1-solutyypit hiiren aivokudoksesta. 58 065 CA1-pyramidisolussa he visualisoivat yli 330 000 RNA-molekyyliä - geneettisiä viestejä, jotka osoittavat, milloin ja missä geenit aktivoituvat. Seuraamalla näitä aktiivisuusmalleja tutkijat loivat yksityiskohtaisen kartan, joka näyttää rajat erityyppisten neuronien välillä hippokampuksen CA1-alueella.

Tulokset osoittivat, että CA1-alue koostuu neljästä vierekkäisestä neuronikerroksesta, joista jokaiselle on tunnusomaista tietty joukko aktiivisia geenejä. 3D:ssä nämä kerrokset muodostavat levyjä, joiden paksuus ja rakenne vaihtelee hieman hippokampuksen pituudella. Tämä selkeä, kerroksellinen kuvio auttaa ymmärtämään aikaisempia tutkimuksia, joissa aluetta pidettiin asteittaisempana solutyyppien sekoituksena tai mosaiikkina.

"Kun visualisoimme geeni-RNA-kuvioita yhden solun resoluutiolla, voimme nähdä selkeitä raitoja, kuten geologisia kerroksia kivessä, joista jokainen edustaa tietyntyyppistä hermosolua", sanoi Maricarmen Pachicano, tohtoriopiskelija Center for Integrative Connectomics at Stevens INI:stä ja ensimmäinen kirjoittaja. "Se on kuin nostaisi verhon aivojen sisäisen arkkitehtuurin päälle. Nämä piilotetut kerrokset voivat selittää erot siinä, miten aivotursopiirit tukevat oppimista ja muistia."

Hippokampus on yksi ensimmäisistä Alzheimerin taudista kärsivistä alueista, ja se on myös osallisena epilepsiassa, masennuksessa ja muissa neurologisissa sairauksissa. Paljastamalla CA1:n kerrosrakenteen tutkimus tarjoaa etenemissuunnitelman tutkiakseen, mitkä tietyt hermosolut ovat haavoittuvimpia näille sairauksille.

"Tällaiset löydöt havainnollistavat, kuinka moderni kuvantaminen ja datatiede voivat muuttaa näkemystämme aivojen anatomiasta", sanoi Arthur W. Toga, PhD, Stevens INI:n ja Ghada Irani Chair in Neuroscience johtaja Keck School of Medicine of USC:ssä. "Tämä työ perustuu Stevens INI:n pitkälle perinteelle aivojen kuvantamisessa kaikissa mittakaavassa, molekyyleistä kokonaisiin verkkoihin, ja se vaikuttaa sekä perustavanlaatuiseen neurotieteeseen että translaatiotutkimuksiin, jotka kohdistuvat muistiin ja kognitioon."

Uusi CA1-solutyyppikartas, joka on luotu Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA) -aineistosta, on vapaasti maailmanlaajuisen tutkimusyhteisön saatavilla. Tietojoukko sisältää interaktiivisia 3D-visualisointeja, jotka ovat käytettävissä Stevens INI:ssä luodun lisätyn todellisuuden Schol-AR-sovelluksen kautta. Niiden avulla tutkijat voivat tutkia hippokampuksen kerroksia ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti.

Koska tämä hiirten kerrostuskuvio on samanlainen kuin kädellisten ja ihmisten aivoissa havaittu - mukaan lukien muutokset CA1-alueen paksuudessa - tutkijat epäilevät, että se voi olla yleinen piirre monissa nisäkkäiden aivoissa. Vaikka lisätutkimuksia tarvitaan tämän organisaation vahvistamiseksi ihmisillä, löydös tarjoaa lupaavan perustan tulevalle vertailevalle ja translaatiotutkimukselle siitä, kuinka hippokampuksen arkkitehtuuri tukee muistia ja kognitiota.

"Seuraava haaste on ymmärtää, kuinka nämä kerrokset liittyvät käyttäytymiseen", Bienkowski sanoi. "Meillä on nyt kehys tutkiaksemme, kuinka tietyt hermosolujen kerrokset edistävät niinkin erilaisia ​​toimintoja kuin muisti, navigointi ja tunteet, ja kuinka niiden häiriintyminen voi johtaa sairauksiin."

Tietoja tutkimuksesta

Bienkowskin ja Pachicanon lisäksi tutkimuksen muita tekijöitä ovat Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyler Ard, Jim Stanis ja Bayla Breningstall.

Tätä työtä tukivat National Institutes of Health / National Institute of Aging (K01AG066847, R36AG087310-01, täydennys P30-AG066530-03S1), National Science Foundation (apuraha 2121164) ja USC Center for Neural Longevity -rahastot. Tässä julkaisussa raportoitua tutkimustietoa tuki National Institutes of Healthin johtajan toimisto apurahanumerolla S10OD032285.

Lähteet: