Hipokampo CA1 regione atskleisti paslėpti ląstelių sluoksniai

Hipokampo CA1 regione atskleisti paslėpti ląstelių sluoksniai

Marko ir Mary Stevens neurovaizdavimo ir informatikos instituto (Stevens INI) mokslininkai Keck medicinos mokykloje USC nustatė anksčiau nežinomą organizacijos modelį vienoje iš svarbiausių mokymosi ir atminties smegenų sričių. Tyrimas, paskelbtas mbendravimas su gamta,rodo, kad pelės hipokampo CA1 sritis, kuri yra labai svarbi atminties formavimuisi, erdvinei navigacijai ir emocijoms, turi keturis skirtingus specializuotų ląstelių tipų sluoksnius. Šis atradimas keičia mūsų supratimą apie tai, kaip informacija apdorojama smegenyse, ir gali paaiškinti, kodėl tam tikros ląstelės yra jautresnės ligoms, tokioms kaip Alzheimerio liga ir epilepsija.

Tyrėjai jau seniai įtarė, kad skirtingos hipokampo CA1 regiono dalys kontroliuoja skirtingus mokymosi ir atminties aspektus, tačiau nebuvo aišku, kaip buvo išdėstytos pagrindinės ląstelės.

Michael S. Bienkowski, PhD, vyresnysis tyrimo autorius ir fiziologijos ir neurologijos bei biomedicinos inžinerijos docentas

"Mūsų tyrimas rodo, kad CA1 neuronai yra suskirstyti į keturias plonas, ištisines juostas, kurių kiekviena atstovauja skirtingą neuronų tipą, apibrėžtą unikaliu molekuliniu parašu. Šie sluoksniai nėra fiksuoti vietoje, bet subtiliai slenka ir keičia storį išilgai hipokampo. Šis poslinkių modelis reiškia, kad kiekviena CA1 dalis turi savo neuronų tipų derinį, o tai taip pat paaiškina, kodėl tam tikri CA1 aktyvūs regionai yra skirtingi. tokios ligos kaip Alzheimerio liga ir epilepsija: "Kai liga nukreipta į sluoksnio ląstelių tipą, poveikis skiriasi priklausomai nuo to, kurioje CA1 dalyje tas sluoksnis yra ryškiausias."

Naudodama galingą RNR žymėjimo metodą, vadinamą RNAscope ir didelės skiriamosios gebos mikroskopija, komanda užfiksavo aiškias vienos molekulės geno ekspresijos nuotraukas, kad nustatytų CA1 ląstelių tipus pelės smegenų audinyje. 58 065 CA1 piramidinėse ląstelėse jie vizualizavo daugiau nei 330 000 RNR molekulių – genetinius pranešimus, rodančius, kada ir kur genai aktyvuojami. Stebėdami šiuos veiklos modelius, mokslininkai sukūrė išsamų žemėlapį, kuriame parodytos ribos tarp skirtingų tipų neuronų hipokampo CA1 regione.

Rezultatai parodė, kad CA1 regionas susideda iš keturių gretimų neuronų sluoksnių, kurių kiekvienam būdingas specifinis aktyvių genų rinkinys. 3D atveju šie sluoksniai sudaro lakštus, kurių storis ir struktūra išilgai hipokampo ilgio šiek tiek skiriasi. Šis aiškus, sluoksniuotas modelis padeda suprasti ankstesnius tyrimus, kuriuose regionas buvo vertinamas kaip laipsniškas ląstelių tipų mišinys arba mozaika.

„Kai vizualizavome genų RNR modelius vienos ląstelės skiriamąja geba, galėjome matyti aiškias juosteles, tokias kaip geologiniai uolienų sluoksniai, kurių kiekvienas atstovauja tam tikro tipo neuronams“, – sakė Stevens INI Integracinės jungties centro doktorantė Maricarmen Pachicano ir pirmasis šio straipsnio autorius. "Tai tarsi pakelti šydą virš smegenų vidinės architektūros. Šie paslėpti sluoksniai gali paaiškinti skirtumus, kaip hipokampo grandinės palaiko mokymąsi ir atmintį."

Hipokampas yra vienas iš pirmųjų Alzheimerio ligos paveiktų regionų, taip pat yra susijęs su epilepsija, depresija ir kitomis neurologinėmis ligomis. Atskleidžiant sluoksniuotą CA1 struktūrą, tyrimas pateikia planą, kaip ištirti, kurie specifiniai neuronų tipai yra labiausiai pažeidžiami sergant šiomis ligomis.

„Tokie atradimai iliustruoja, kaip šiuolaikinis vaizdavimas ir duomenų mokslas gali pakeisti mūsų požiūrį į smegenų anatomiją“, – sakė daktaras Arthuras W. Toga, Stevens INI ir Ghada Irano Neurologijos katedros direktorius USC Keck medicinos mokykloje. „Šis darbas grindžiamas ilgamete Stevens INI tradicija vaizduoti smegenis bet kokiu mastu, nuo molekulių iki ištisų tinklų, ir turės įtakos tiek fundamentiniams neuromokslams, tiek transliacijos tyrimams, skirtiems atminčiai ir pažinimui.

Naujasis CA1 ląstelių tipo atlasas, sukurtas naudojant Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA) duomenis, yra laisvai prieinamas pasaulinei mokslinių tyrimų bendruomenei. Duomenų rinkinyje yra interaktyvių 3D vizualizacijų, pasiekiamų naudojant Stevens INI sukurtą papildytosios realybės programą Schol-AR, leidžiančią mokslininkams tyrinėti hipokampo sluoksnius precedento neturinčiu detalumu.

Kadangi šis pelių sluoksniavimo modelis yra panašus į tai, kas buvo pastebėta primatų ir žmonių smegenyse, įskaitant CA1 srities storio pokyčius, mokslininkai įtaria, kad tai gali būti bendra daugelio žinduolių smegenų savybė. Nors reikia atlikti tolesnius tyrimus, siekiant patvirtinti šią žmonių organizaciją, šis atradimas yra perspektyvus pagrindas būsimiems lyginamiesiems ir transliaciniams tyrimams, kaip hipokampo architektūra palaiko atmintį ir pažinimą.

„Kitas iššūkis yra suprasti, kaip šie sluoksniai yra susiję su elgesiu“, - sakė Bienkowskis. „Dabar turime sistemą, skirtą ištirti, kaip konkretūs neuronų sluoksniai prisideda prie įvairių funkcijų, tokių kaip atmintis, navigacija ir emocijos, ir kaip jų sutrikimas gali sukelti ligas.

Apie studiją

Be Bienkowskio ir Pachicano, kiti tyrimo autoriai yra Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyleris Ardas, Jimas Stanisas ir Bayla Breningstall.

Šį darbą rėmė Nacionaliniai sveikatos institutai / Nacionalinis senėjimo institutas (K01AG066847, R36AG087310-01, P30-AG066530-03S1 priedas), Nacionalinis mokslo fondas (subsidija 2121164) ir USC nervų ilgaamžiškumo centro lėšos. Šiame leidinyje pateiktus tyrimų duomenis parėmė Nacionalinių sveikatos institutų direktoriaus tarnyba, kurios dotacijos numeris S10OD032285.

Šaltiniai: