Rejtett sejtrétegek a hippocampus CA1 régiójában

Rejtett sejtrétegek a hippocampus CA1 régiójában

A Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute (Stevens INI) kutatói a Keck School of Medicine of USC-ben egy korábban ismeretlen szerveződési mintát azonosítottak az agy tanulás és memória szempontjából egyik legfontosabb területén. A tanulmány, amely ben jelent megtermészeti kommunikáció,azt mutatja, hogy az egér hippokampusz CA1 régiója, amely létfontosságú a memória kialakulásához, a térbeli navigációhoz és az érzelmekhez, négy különálló réteget tartalmaz speciális sejttípusokból. Ez a felfedezés megváltoztatja az agyi információfeldolgozásról alkotott ismereteinket, és megmagyarázhatja, hogy bizonyos sejtek miért érzékenyebbek olyan betegségekre, mint az Alzheimer-kór és az epilepszia.

A kutatók régóta gyanítják, hogy a hippokampusz CA1 régiójának különböző részei a tanulás és a memória különböző aspektusait szabályozzák, de nem volt világos, hogyan helyezkedtek el a mögöttes sejtek.”

Michael S. Bienkowski, PhD, a tanulmány vezető szerzője, valamint a fiziológia és idegtudomány, valamint az orvosbiológiai mérnöki adjunktusa

"Tanulmányunk azt mutatja, hogy a CA1 neuronok négy vékony, folytonos sávba szerveződnek, amelyek mindegyike más típusú neuronokat képvisel, amelyeket egyedi molekuláris szignatúra határoz meg. Ezek a rétegek nem a helyükön vannak rögzítve, hanem finoman eltolódnak és megváltoztatják a vastagságot a hippokampusz hosszában. Ez az eltolódási minta azt jelenti, hogy a CA1 minden része tartalmazza a neurontípusok saját keverékét, ami azt is megmagyarázza, hogy a CA1 miért támogatja a különböző régiókban az eltérő viselkedést. olyan betegségek, mint ez az Alzheimer-kór és az epilepszia: "Ha egy betegség egy réteg sejttípusát célozza meg, a hatások attól függően változnak, hogy a CA1-ben melyik réteg a legkifejezettebb."

Az RNAscope nevű hatékony RNS-jelölési módszer és a nagyfelbontású mikroszkópia segítségével a csapat egyértelmű pillanatfelvételeket készített az egyetlen molekula génexpressziójáról, hogy azonosítsa a CA1 sejttípusokat az egér agyszövetében. 58 065 CA1 piramissejtben több mint 330 000 RNS-molekulát tettek láthatóvá – azokat a genetikai üzeneteket, amelyek megmutatják, hogy a gének mikor és hol aktiválódnak. Ezen aktivitási minták nyomon követésével a kutatók részletes térképet készítettek, amely a hippokampusz CA1 régiójában lévő különböző típusú neuronok közötti határokat mutatja.

Az eredmények azt mutatták, hogy a CA1 régió négy összefüggő neuronrétegből áll, amelyek mindegyikét egy meghatározott aktív gének jellemezik. A 3D-ben ezek a rétegek lapokat alkotnak, amelyek vastagsága és szerkezete kismértékben változik a hippocampus hossza mentén. Ez a világos, réteges mintázat segít megérteni azokat a korábbi tanulmányokat, amelyek a régiót sejttípusok fokozatosabb keverékének vagy mozaikjának tekintették.

"Amikor a gén RNS mintázatait egysejt felbontásban vizualizáltuk, tiszta csíkokat láthattunk, például geológiai rétegeket a kőzetben, amelyek mindegyike egy-egy idegsejttípust képvisel" - mondta Maricarmen Pachicano, a Stevens INI Integratív Konnektomikai Központjának doktorandusza és a tanulmány társszerzője. "Olyan ez, mint egy fátylat fellebbenteni az agy belső architektúrájára. Ezek a rejtett rétegek magyarázatot adhatnak arra, hogy a hippocampális áramkörök hogyan támogatják a tanulást és a memóriát."

A hippocampus az Alzheimer-kór által érintett első régiók között van, és részt vesz az epilepsziában, a depresszióban és más neurológiai betegségekben is. A CA1 réteges szerkezetének feltárásával a tanulmány útitervet ad annak vizsgálatához, hogy mely specifikus neurontípusok a legsérülékenyebbek ezekben a betegségekben.

„Az ehhez hasonló felfedezések azt illusztrálják, hogy a modern képalkotás és adattudomány hogyan tudja megváltoztatni az agy anatómiájáról alkotott nézetünket” – mondta Arthur W. Toga, PhD, a Stevens INI és a Ghada Irani Neuroscience Tanszék igazgatója a Keck School of Medicine of USC-ben. „Ez a munka Stevens INI azon nagy hagyományára épít, hogy minden léptékben leképezi az agyat, a molekuláktól a teljes hálózatokig, és hatással lesz mind az alapvető idegtudományokra, mind a memóriát és a megismerést célzó transzlációs tanulmányokra.”

Az új CA1 sejttípus atlasz, amelyet a Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA) adatai alapján hoztak létre, szabadon elérhető a globális kutatói közösség számára. Az adatkészlet interaktív 3D-s vizualizációkat tartalmaz, amelyek a Stevens INI-nél létrehozott Schol-AR kiterjesztett valóság alkalmazáson keresztül érhetők el, lehetővé téve a tudósok számára, hogy soha nem látott részletességgel fedezzék fel a hippokampusz rétegeit.

Mivel az egereknél ez a rétegződési mintázat hasonló a főemlősök és az emberi agyban megfigyeltekhez – beleértve a CA1-régió vastagságának változásait is –, a kutatók azt gyanítják, hogy ez sok emlős agyában közös jellemző lehet. Bár további vizsgálatokra van szükség ennek a szervezetnek az emberekben történő megerősítéséhez, a felfedezés ígéretes alapot biztosít a jövőbeli összehasonlító és transzlációs kutatásokhoz, amelyek azt vizsgálják, hogy a hippocampális architektúra hogyan támogatja a memóriát és a megismerést.

"A következő kihívás annak megértése, hogy ezek a rétegek hogyan kapcsolódnak a viselkedéshez" - mondta Bienkowski. "Most már van egy keretünk annak tanulmányozására, hogy a neuronok meghatározott rétegei hogyan járulnak hozzá olyan sokrétű funkciókhoz, mint a memória, a navigáció és az érzelmek, és ezek megzavarása hogyan vezethet betegségekhez."

A tanulmányról

Bienkowski és Pachicano mellett a tanulmány további szerzői közé tartozik Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyler Ard, Jim Stanis és Bayla Breningstall.

Ezt a munkát a National Institutes of Health/National Institute of Aging (K01AG066847, R36AG087310-01, P30-AG066530-03S1 kiegészítés), a National Science Foundation (2121164 támogatás) és az USC Center for Neural Longevity pénzeszközei támogatták. A kiadványban közölt kutatási adatokat az Országos Egészségügyi Intézetek Igazgatói Hivatala támogatta S10OD032285 pályázati számon.

Források: