Skryté bunkové vrstvy odhalené v oblasti CA1 hipokampu

Skryté bunkové vrstvy odhalené v oblasti CA1 hipokampu

Výskumníci z Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Information Institute (Stevens INI) na Keck School of Medicine v USC identifikovali predtým neznámy vzorec organizácie v jednej z najdôležitejších oblastí mozgu pre učenie a pamäť. Štúdia, publikovaná vkomunikácia v prírode,ukazuje, že oblasť CA1 myšacieho hipokampu, štruktúra rozhodujúca pre tvorbu pamäte, priestorovú navigáciu a emócie, má štyri odlišné vrstvy špecializovaných typov buniek. Tento objav mení naše chápanie toho, ako sa informácie spracovávajú v mozgu, a mohol by vysvetliť, prečo sú niektoré bunky náchylnejšie na choroby, ako je Alzheimerova choroba a epilepsia.

Výskumníci už dlho predpokladali, že rôzne časti oblasti CA1 hipokampu riadia rôzne aspekty učenia a pamäte, ale nebolo jasné, ako boli usporiadané základné bunky.

Michael S. Bienkowski, PhD, hlavný autor štúdie a odborný asistent fyziológie a neurovedy a biomedicínskeho inžinierstva

"Naša štúdia ukazuje, že neuróny CA1 sú usporiadané do štyroch tenkých súvislých pásov, z ktorých každý predstavuje iný typ neurónu definovaný jedinečným molekulárnym podpisom. Tieto vrstvy nie sú fixované na mieste, ale jemne sa posúvajú a menia hrúbku pozdĺž dĺžky hipokampu. Tento vzorec posunov znamená, že každá časť CA1 obsahuje vlastnú zmes typov neurónov, čo vysvetľuje, prečo rôzne oblasti podporujú aj rôzne druhy neurónov a prečo sú niektoré druhy neurónov u Alzheimerovej choroby CA1 aktívne. epilepsia: "Keď sa choroba zameriava na bunkový typ vrstvy, účinky sa líšia v závislosti od toho, kde v CA1 je táto vrstva najvýraznejšia."

Pomocou výkonnej metódy označovania RNA nazývanej RNAscope a mikroskopie s vysokým rozlíšením tím zachytil jasné snímky génovej expresie jednej molekuly na identifikáciu typov buniek CA1 v mozgovom tkanive myši. V 58 065 pyramídových bunkách CA1 vizualizovali viac ako 330 000 molekúl RNA – genetických správ, ktoré ukazujú, kedy a kde sú aktivované gény. Sledovaním týchto vzorcov aktivity vedci vytvorili podrobnú mapu zobrazujúcu hranice medzi rôznymi typmi neurónov v oblasti CA1 hipokampu.

Výsledky ukázali, že oblasť CA1 pozostáva zo štyroch súvislých vrstiev neurónov, z ktorých každá je charakterizovaná špecifickým súborom aktívnych génov. V 3D tvoria tieto vrstvy vrstvy, ktoré sa mierne líšia v hrúbke a štruktúre pozdĺž dĺžky hipokampu. Tento jasný, vrstvený vzor pomáha pochopiť predchádzajúce štúdie, ktoré považovali oblasť za postupnejšiu zmes alebo mozaiku typov buniek.

"Keď sme vizualizovali vzory génovej RNA v rozlíšení jednej bunky, mohli sme vidieť jasné pruhy, ako geologické vrstvy v hornine, z ktorých každý predstavuje špecifický typ neurónu," povedala Maricarmen Pachicano, doktorandka v Centre pre integratívnu konektomiku v Stevens INI a spoluprvá autorka článku. "Je to ako zdvihnúť závoj nad vnútornou architektúrou mozgu. Tieto skryté vrstvy by mohli vysvetliť rozdiely v spôsobe, akým hipokampálne obvody podporujú učenie a pamäť."

Hipokampus patrí medzi prvé oblasti postihnuté Alzheimerovou chorobou a podieľa sa aj na epilepsii, depresii a iných neurologických ochoreniach. Odhalením vrstvenej štruktúry CA1 štúdia poskytuje plán na skúmanie, ktoré špecifické typy neurónov sú pri týchto chorobách najzraniteľnejšie.

„Takéto objavy ilustrujú, ako môže moderné zobrazovanie a veda o údajoch zmeniť náš pohľad na anatómiu mozgu,“ povedal Arthur W. Toga, PhD, riaditeľ Stevens INI a katedry Ghada Irani v odbore neurovedy na Keck School of Medicine v USC. „Táto práca stavia na dlhej tradícii Stevensa INI zobrazovania mozgu v každom meradle, od molekúl až po celé siete, a ovplyvní základné neurovedy aj translačné štúdie zamerané na pamäť a kogníciu.

Nový atlas bunkového typu CA1, vytvorený pomocou údajov z Hippocampus Gene Expression Atlas (HGEA), je voľne dostupný globálnej výskumnej komunite. Súbor údajov obsahuje interaktívne 3D vizualizácie prístupné prostredníctvom aplikácie rozšírenej reality Schol-AR vytvorenej v Stevens INI, ktorá umožňuje vedcom skúmať hipokampálne vrstvy v bezprecedentných detailoch.

Pretože tento vzor vrstvenia u myší je podobný tomu, čo bolo pozorované v mozgu primátov a ľudí - vrátane zmien v hrúbke oblasti CA1 - výskumníci majú podozrenie, že to môže byť spoločný znak v mnohých mozgoch cicavcov. Zatiaľ čo na potvrdenie tejto organizácie u ľudí sú potrebné ďalšie štúdie, toto zistenie poskytuje sľubný základ pre budúci porovnávací a translačný výskum toho, ako architektúra hipokampu podporuje pamäť a poznanie.

"Pochopenie toho, ako tieto vrstvy súvisia so správaním, je ďalšou výzvou," povedal Bienkowski. "Teraz máme rámec na štúdium toho, ako špecifické vrstvy neurónov prispievajú k tak rôznorodým funkciám, ako je pamäť, navigácia a emócie, a ako ich narušenie môže viesť k chorobe."

O štúdiu

Okrem Bienkowského a Pachicana sú ďalšími autormi štúdie Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyler Ard, Jim Stanis a Bayla Breningstall.

Túto prácu podporili National Institutes of Health/National Institute of Aging (K01AG066847, R36AG087310-01, Supplement P30-AG066530-03S1), National Science Foundation (grant 2121164) a prostriedky z USC Center for Neural Longevity. Výskumné údaje uvedené v tejto publikácii boli podporené Úradom riaditeľa Štátnych zdravotných ústavov pod číslom grantu S10OD032285.

Zdroje: