Skriveni slojevi stanica otkriveni u CA1 regiji hipokampusa

Skriveni slojevi stanica otkriveni u CA1 regiji hipokampusa

Istraživači s Instituta Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics (Stevens INI) na Keck School of Medicine of USC identificirali su prethodno nepoznati obrazac organizacije u jednom od najvažnijih područja mozga za učenje i pamćenje. Studija, objavljena ukomunikacija s prirodom,pokazuje da CA1 regija hipokampusa miša, struktura ključna za formiranje pamćenja, prostornu navigaciju i emocije, ima četiri različita sloja specijaliziranih vrsta stanica. Ovo otkriće mijenja naše razumijevanje načina na koji se informacije obrađuju u mozgu i moglo bi objasniti zašto su određene stanice osjetljivije na bolesti kao što su Alzheimerova bolest i epilepsija.

Istraživači su dugo sumnjali da različiti dijelovi CA1 regije hipokampusa kontroliraju različite aspekte učenja i pamćenja, ali nije bilo jasno kako su ispod stanice raspoređene.”

Michael S. Bienkowski, PhD, viši autor studije i docent fiziologije i neuroznanosti i biomedicinskog inženjerstva

"Naša studija pokazuje da su CA1 neuroni organizirani u četiri tanke, kontinuirane trake, od kojih svaka predstavlja drugu vrstu neurona definiranu jedinstvenim molekularnim potpisom. Ti slojevi nisu fiksirani na mjestu, već se suptilno pomiču i mijenjaju debljinu duž hipokampusa. Ovaj obrazac pomaka znači da svaki dio CA1 sadrži vlastitu mješavinu tipova neurona, što objašnjava zašto različite regije podržavaju različita ponašanja. Ovo također može pojasniti zašto su određeni CA1 neuroni aktivan u bolestima kao što je ova Alzheimerova bolest i epilepsija: "Kada bolest cilja na tip stanice sloja, učinci variraju ovisno o tome gdje je u CA1 taj sloj najizraženiji."

Koristeći snažnu metodu označavanja RNA nazvanu RNAscope i mikroskopiju visoke rezolucije, tim je uhvatio jasne snimke ekspresije gena jedne molekule kako bi identificirao tipove stanica CA1 u moždanom tkivu miša. U 58.065 piramidalnih stanica CA1 vizualizirali su više od 330.000 molekula RNA - genetskih poruka koje pokazuju kada i gdje se geni aktiviraju. Prateći te obrasce aktivnosti, istraživači su izradili detaljnu kartu koja pokazuje granice između različitih vrsta neurona u CA1 regiji hipokampusa.

Rezultati su pokazali da se regija CA1 sastoji od četiri uzastopna sloja neurona, od kojih je svaki karakteriziran specifičnim skupom aktivnih gena. U 3D, ti slojevi tvore listove koji malo variraju u debljini i strukturi duž duljine hipokampusa. Ovaj jasan, slojeviti uzorak pomaže u razumijevanju prijašnjih studija koje su regiju promatrale kao postupniju mješavinu ili mozaik vrsta stanica.

"Kad smo vizualizirali uzorke genske RNK u rezoluciji jedne stanice, mogli smo vidjeti jasne pruge, poput geoloških slojeva u stijeni, od kojih svaka predstavlja određenu vrstu neurona", rekla je Maricarmen Pachicano, doktorandica u Centru za integrativnu konektomiku na Stevens INI i suautorica rada. "To je poput podizanja vela preko unutarnje arhitekture mozga. Ovi skriveni slojevi mogli bi objasniti razlike u načinu na koji hipokampalni krugovi podržavaju učenje i pamćenje."

Hipokampus je među prvim regijama pogođenim Alzheimerovom bolešću, a također je uključen u epilepsiju, depresiju i druge neurološke bolesti. Otkrivajući slojevitu strukturu CA1, studija daje plan za istraživanje koji su specifični tipovi neurona najosjetljiviji u tim bolestima.

"Otkrića poput ovih pokazuju kako moderna znanost o slikama i podacima može transformirati naš pogled na anatomiju mozga", rekao je dr. sc. Arthur W. Toga, direktor Stevens INI i Katedre za neuroznanost Ghada Irani na Keck School of Medicine of USC. "Ovaj se rad nadovezuje na dugu tradiciju Stevens INI-ja u prikazivanju mozga na svim razinama, od molekula do čitavih mreža, i utjecat će i na fundamentalne neuroznanosti i na translacijske studije usmjerene na pamćenje i kogniciju."

Novi atlas tipa stanica CA1, stvoren korištenjem podataka iz Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA), besplatno je dostupan globalnoj istraživačkoj zajednici. Skup podataka uključuje interaktivne 3D vizualizacije dostupne putem aplikacije proširene stvarnosti Schol-AR stvorene na Stevens INI, omogućujući znanstvenicima da istražuju slojeve hipokampusa do neviđenih detalja.

Budući da je ovaj obrazac slojevitosti kod miševa sličan onome što je opaženo u mozgu primata i ljudi - uključujući promjene u debljini regije CA1 - istraživači sumnjaju da bi to moglo biti uobičajeno obilježje u mozgovima mnogih sisavaca. Iako su potrebne daljnje studije kako bi se potvrdila ova organizacija kod ljudi, ovo otkriće pruža obećavajući temelj za buduća komparativna i translacijska istraživanja o tome kako hipokampalna arhitektura podržava pamćenje i kogniciju.

"Razumijevanje načina na koji su ti slojevi povezani s ponašanjem sljedeći je izazov", rekao je Bienkowski. "Sada imamo okvir za proučavanje kako specifični slojevi neurona doprinose različitim funkcijama kao što su pamćenje, navigacija i emocije te kako njihov poremećaj može dovesti do bolesti."

O studiju

Osim Bienkowskog i Pachicana, drugi autori studije su Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyler Ard, Jim Stanis i Bayla Breningstall.

Ovaj rad je podržan od strane Nacionalnog instituta za zdravlje/Nacionalnog instituta za starenje (K01AG066847, R36AG087310-01, dodatak P30-AG066530-03S1), Nacionalne zaklade za znanost (donacija 2121164) i sredstava Centra za neuralnu dugovječnost USC-a. Istraživačke podatke objavljene u ovoj publikaciji podržao je Ured ravnatelja Nacionalnog instituta za zdravlje pod brojem odobrenja S10OD032285.

Izvori: