Skrite celične plasti, razkrite v CA1 regiji hipokampusa

Skrite celične plasti, razkrite v CA1 regiji hipokampusa

Raziskovalci na Inštitutu Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute (Stevens INI) na Keck School of Medicine of USC so identificirali prej neznan vzorec organizacije v enem najpomembnejših področij možganov za učenje in spomin. Študija, objavljena vkomunikacija z naravo,kaže, da ima regija CA1 mišjega hipokampusa, struktura, ki je ključna za oblikovanje spomina, prostorsko navigacijo in čustva, štiri različne plasti specializiranih vrst celic. To odkritje spreminja naše razumevanje, kako se informacije obdelujejo v možganih, in bi lahko pojasnilo, zakaj so nekatere celice bolj dovzetne za bolezni, kot sta Alzheimerjeva bolezen in epilepsija.

Raziskovalci že dolgo sumijo, da različni deli regije CA1 v hipokampusu nadzorujejo različne vidike učenja in spomina, vendar ni bilo jasno, kako so bile urejene osnovne celice.

Michael S. Bienkowski, dr., višji avtor študije in docent za fiziologijo in nevroznanost ter biomedicinski inženiring

"Naša študija kaže, da so nevroni CA1 organizirani v štiri tanke neprekinjene pasove, od katerih vsak predstavlja drugačno vrsto nevrona, definiranega z edinstvenim molekularnim podpisom. Te plasti niso pritrjene na mestu, temveč se subtilno premikajo in spreminjajo debelino vzdolž dolžine hipokampusa. Ta vzorec premikov pomeni, da vsak del CA1 vsebuje lastno mešanico vrst nevronov, kar pojasnjuje, zakaj različne regije podpirajo različna vedenja. To lahko tudi pojasni, zakaj so nekateri nevroni CA1 aktivna pri boleznih, kot je ta Alzheimerjeva bolezen in epilepsija: "Ko bolezen cilja na celično vrsto plasti, se učinki razlikujejo glede na to, kje v CA1 je ta plast najbolj izrazita."

Z uporabo zmogljive metode označevanja RNK, imenovane RNAscope, in mikroskopije visoke ločljivosti je ekipa posnela jasne posnetke ekspresije genov ene same molekule, da bi identificirala vrste celic CA1 v možganskem tkivu miši. V 58.065 piramidnih celicah CA1 so vizualizirali več kot 330.000 molekul RNA – genetskih sporočil, ki kažejo, kdaj in kje se geni aktivirajo. S sledenjem tem vzorcem aktivnosti so raziskovalci ustvarili podroben zemljevid, ki prikazuje meje med različnimi vrstami nevronov v CA1 regiji hipokampusa.

Rezultati so pokazali, da je regija CA1 sestavljena iz štirih sosednjih plasti nevronov, od katerih je vsaka označena s posebnim naborom aktivnih genov. V 3D te plasti tvorijo liste, ki se nekoliko razlikujejo po debelini in strukturi vzdolž dolžine hipokampusa. Ta jasen, večplasten vzorec pomaga razumeti prejšnje študije, ki so na regijo gledale kot na bolj postopno mešanico ali mozaik vrst celic.

"Ko smo vizualizirali vzorce genske RNK pri ločljivosti ene celice, smo lahko videli jasne črte, kot so geološke plasti v kamnini, od katerih vsaka predstavlja določeno vrsto nevrona," je povedala Maricarmen Pachicano, doktorska študentka Centra za integrativno konektomiko pri Stevens INI in soavtorica prispevka. "To je kot dviganje tančice nad notranjo arhitekturo možganov. Te skrite plasti bi lahko pojasnile razlike v načinu, kako hipokampalna vezja podpirajo učenje in spomin."

Hipokampus je med prvimi regijami, ki jih prizadene Alzheimerjeva bolezen, vpleten pa je tudi v epilepsijo, depresijo in druge nevrološke bolezni. Z razkritjem večplastne strukture CA1 študija zagotavlja načrt za raziskovanje, kateri specifični tipi nevronov so najbolj ranljivi pri teh boleznih.

"Odkritja, kot so ta, ponazarjajo, kako lahko sodobna znanost o slikanju in podatkih spremeni naš pogled na anatomijo možganov," je povedal dr. Arthur W. Toga, direktor Stevens INI in katedre za nevroznanost Ghada Irani na Medicinski fakulteti Keck v USC. "To delo temelji na dolgi tradiciji Stevens INI pri slikanju možganov na vseh ravneh, od molekul do celotnih omrežij, in bo vplivalo tako na temeljno nevroznanost kot na translacijske študije, ki ciljajo na spomin in kognicijo."

Novi atlas vrste celic CA1, ustvarjen z uporabo podatkov iz Atlasa izražanja genov Hippocampus (HGEA), je prosto dostopen svetovni raziskovalni skupnosti. Nabor podatkov vključuje interaktivne vizualizacije 3D, dostopne prek aplikacije za razširjeno resničnost Schol-AR, ustvarjene na Stevens INI, ki znanstvenikom omogoča raziskovanje hipokampalnih plasti v podrobnostih brez primere.

Ker je ta vzorec plastenja pri miših podoben tistemu, kar so opazili v možganih primatov in ljudi - vključno s spremembami v debelini regije CA1 -, raziskovalci domnevajo, da je to lahko pogosta značilnost možganov mnogih sesalcev. Medtem ko so potrebne nadaljnje študije za potrditev te organizacije pri ljudeh, je ugotovitev obetavna podlaga za prihodnje primerjalne in translacijske raziskave o tem, kako hipokampalna arhitektura podpira spomin in kognicijo.

"Razumevanje, kako so te plasti povezane z vedenjem, je naslednji izziv," je dejal Bienkowski. "Zdaj imamo okvir za preučevanje, kako specifične plasti nevronov prispevajo k tako raznolikim funkcijam, kot so spomin, navigacija in čustva, in kako lahko njihova motnja povzroči bolezen."

O študiju

Poleg Bienkowskega in Pachicana so drugi avtorji študije še Shrey Mehta, Angela Hurtado, Tyler Ard, Jim Stanis in Bayla Breningstall.

To delo so podprli Nacionalni inštitut za zdravje/Nacionalni inštitut za staranje (K01AG066847, R36AG087310-01, dodatek P30-AG066530-03S1), Nacionalna znanstvena fundacija (dotacija 2121164) in sredstva Centra za nevronsko dolgoživost USC. Raziskovalne podatke, navedene v tej publikaciji, je podprl urad direktorja Nacionalnega inštituta za zdravje pod številko odobritve S10OD032285.

Viri: