Hipokampa CA1 reģionā atklāti slēptie šūnu slāņi

Hipokampa CA1 reģionā atklāti slēptie šūnu slāņi

Pētnieki Marka un Mērijas Stīvensa neiroattēlveidošanas un informātikas institūtā (Stevens INI) Kekas Medicīnas skolā no USC ir identificējuši iepriekš nezināmu organizācijas modeli vienā no svarīgākajām smadzeņu jomām mācīšanās un atmiņas jomā. Pētījums, kas publicētsdabas komunikācija,parāda, ka peles hipokampa CA1 reģionā, kas ir būtiska atmiņas veidošanai, telpiskajai navigācijai un emocijām, ir četri atšķirīgi specializētu šūnu tipu slāņi. Šis atklājums maina mūsu izpratni par to, kā informācija tiek apstrādāta smadzenēs, un varētu izskaidrot, kāpēc noteiktas šūnas ir jutīgākas pret tādām slimībām kā Alcheimera slimība un epilepsija.

Pētniekiem jau sen ir aizdomas, ka dažādas hipokampa CA1 reģiona daļas kontrolē dažādus mācīšanās un atmiņas aspektus, taču nebija skaidrs, kā tika sakārtotas pamatā esošās šūnas.

Michael S. Bienkowski, PhD, pētījuma vecākais autors un fizioloģijas un neirozinātnes un biomedicīnas inženierijas docents

"Mūsu pētījums parāda, ka CA1 neironi ir sakārtoti četrās plānās, nepārtrauktās joslās, no kurām katra pārstāv cita veida neironu, ko nosaka unikāls molekulārais paraksts. Šie slāņi nav fiksēti vietā, bet smalki maina un maina biezumu visā hipokampa garumā. Šis nobīdes modelis nozīmē, ka katrai CA1 daļai ir savs neironu tipu sajaukums, kas arī izskaidro, kāpēc šie CA1 aktīvi darbojas dažādos reģionos. tādas slimības kā šī Alcheimera slimība un epilepsija: "Kad slimība ir vērsta uz slāņa šūnu tipu, ietekme atšķiras atkarībā no tā, kur CA1 šis slānis ir visizteiktākais."

Izmantojot spēcīgu RNS marķēšanas metodi, ko sauc par RNAscope un augstas izšķirtspējas mikroskopiju, komanda uzņēma skaidrus vienas molekulas gēna ekspresijas momentuzņēmumus, lai noteiktu CA1 šūnu tipus peles smadzeņu audos. 58 065 CA1 piramīdas šūnās viņi vizualizēja vairāk nekā 330 000 RNS molekulu - ģenētiskos ziņojumus, kas parāda, kad un kur gēni tiek aktivizēti. Izsekojot šiem aktivitātes modeļiem, pētnieki izveidoja detalizētu karti, kurā parādītas robežas starp dažāda veida neironiem hipokampa CA1 reģionā.

Rezultāti parādīja, ka CA1 reģions sastāv no četriem blakus esošiem neironu slāņiem, katram no kuriem raksturīgs īpašs aktīvo gēnu kopums. 3D formātā šie slāņi veido loksnes, kuru biezums un struktūra visā hipokampa garumā nedaudz atšķiras. Šis skaidrais, slāņveida modelis palīdz izprast iepriekšējos pētījumus, kuros reģions tika uzskatīts par pakāpeniskāku šūnu tipu maisījumu vai mozaīku.

"Kad mēs vizualizējām gēnu RNS modeļus ar vienas šūnas izšķirtspēju, mēs varējām redzēt skaidras svītras, piemēram, ģeoloģiskos slāņus klintī, katrs no tiem pārstāv noteiktu neironu veidu," sacīja Marikarmena Pačikāno, Stīvensa INI Integratīvās konnekomikas centra doktorante un darba līdzautore. "Tas ir kā plīvura pacelšana pār smadzeņu iekšējo arhitektūru. Šie slēptie slāņi varētu izskaidrot atšķirības, kā hipokampu ķēdes atbalsta mācīšanos un atmiņu."

Hipokamps ir viens no pirmajiem reģioniem, ko skārusi Alcheimera slimība, un tas ir saistīts arī ar epilepsiju, depresiju un citām neiroloģiskām slimībām. Atklājot CA1 slāņaino struktūru, pētījums sniedz ceļvedi, lai izpētītu, kuri specifiskie neironu veidi ir visneaizsargātākie šajās slimībās.

"Šādi atklājumi ilustrē, kā mūsdienu attēlveidošana un datu zinātne var pārveidot mūsu skatījumu uz smadzeņu anatomiju," sacīja Arturs V. Toga, PhD, Stīvensa INI un Gadas Irānas Neiroloģijas katedras direktors USC Kekas Medicīnas skolā. "Šis darbs balstās uz Stīvensa INI ilgajām tradīcijām smadzeņu attēlveidošanā visos mērogos, sākot no molekulām līdz veseliem tīkliem, un tas ietekmēs gan fundamentālo neirozinātni, gan translācijas pētījumus, kuru mērķis ir atmiņa un izziņa."

Jaunais CA1 šūnu tipa atlants, kas izveidots, izmantojot datus no Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA), ir brīvi pieejams globālajai pētnieku kopienai. Datu kopā ir iekļautas interaktīvas 3D vizualizācijas, kas pieejamas, izmantojot Stīvensa INI izveidoto paplašinātās realitātes lietotni Schol-AR, ļaujot zinātniekiem izpētīt hipokampu slāņus nepieredzēti detalizēti.

Tā kā šis slāņojuma modelis pelēm ir līdzīgs tam, kas novērots primātu un cilvēku smadzenēs, tostarp izmaiņas CA1 reģiona biezumā, pētniekiem ir aizdomas, ka tā var būt kopīga iezīme daudzu zīdītāju smadzenēs. Lai gan ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai apstiprinātu šo organizāciju cilvēkiem, atklājums nodrošina daudzsološu pamatu turpmākiem salīdzinošajiem un translatīvajiem pētījumiem par to, kā hipokampu arhitektūra atbalsta atmiņu un izziņu.

"Nākamais izaicinājums ir saprast, kā šie slāņi ir saistīti ar uzvedību," sacīja Bienkovskis. "Tagad mums ir sistēma, lai izpētītu, kā konkrēti neironu slāņi veicina tik dažādas funkcijas kā atmiņa, navigācija un emocijas, un kā to traucējumi var izraisīt slimības."

Par pētījumu

Papildus Bienkowski un Pachicano citi pētījuma autori ir Šrijs Mehta, Andžela Hurtado, Tailers Ārds, Džims Staniss un Beila Breningstalla.

Šo darbu atbalstīja Nacionālie veselības institūti / Nacionālais novecošanas institūts (K01AG066847, R36AG087310-01, P30-AG066530-03S1 papildinājums), Nacionālais zinātnes fonds (dotācija 2121164) un USC Neirālu ilgmūžības centra līdzekļi. Šajā publikācijā sniegtos pētījumu datus atbalstīja Nacionālo veselības institūtu direktora birojs ar dotācijas numuru S10OD032285.

Avoti: