Creierul se formează din două „surse” diferite de celule. Ce spun cercetătorii de la Stanford

Ce au în comun oamenii cu șoarecii, găinile, peștii zebră și viermii ghindă care trăiesc în sedimentele oceanice? La toate aceste animale, creierul sau structura echivalentă se dezvoltă din două grupuri diferite de celule, care se separă încă din primele etape ale dezvoltării.

Până acum, cercetătorii au considerat că, creierul uman se formează dintr-un singur grup de celule care, pe parcurs, se specializează. Noile cercetări arată însă că lucrurile sunt mai complexe. Prozencefalul și rombencefalul, două regiuni importante ale creierului, provin din două grupuri de celule care devin diferite încă de la începutul dezvoltării embrionului.

ADN-ul stabilește direcția dezvoltării creierului

Cercetătorii Rayyan Jokhai și Carolyn Dundes de la Universitatea Stanford au studiat acest proces la șoareci. La începutul dezvoltării embrionului, celulele care vor forma creierul pot deveni aproape orice tip de celulă din organism. Această capacitate nu durează însă foarte mult.

În doar câteva zile, în timpul unui proces numit gastrulație, celulele încep să se specializeze și se împart în două grupuri. Unul va contribui la formarea prozencefalului, iar celălalt la formarea rombencefalului.

Diferența dintre cele două grupuri este legată de modul în care este organizat ADN-ul în interiorul celulelor. Această organizare, numită cromatină, influențează genele pe care fiecare celulă le poate activa și, implicit, direcția în care se va dezvolta.

„Postulăm că creierul este un organ compozit emanat din doi progenitori cu linie restrânsă; acești progenitori duali ar putea fi conservați evolutiv de-a lungul a 550 de milioane de ani, de la hemicordate la mamifere”, au declarat Jokhai și Dundes într-un studiu publicat recent în Nature Neuroscience .

Schimbarea are loc într-o etapă foarte timpurie a dezvoltării embrionului, numită gastrulație. În această perioadă, celulele se reorganizează și formează trei straturi care vor da naștere tuturor țesuturilor și organelor corpului: ectodermul, mezodermul și endodermul.

Ectodermul va forma, printre altele, pielea și sistemul nervos. În interiorul acestuia se află țesutul neural, din care se dezvoltă creierul și măduva spinării.

Oamenii de știință știau de mult că acest țesut are o zonă anterioară și una posterioară. Pentru că celulele din cele două zone arată aproape identic, se credea că ele reprezintă doar două regiuni ale aceluiași țesut aflat în dezvoltare.

Celulele păreau aproape identice la exterior, dar în interior aveau deja instrucțiuni diferite

Cercetătorii de la Stanford au descoperit însă că diferențele dintre cele două zone sunt mult mai mari decât se credea. Chiar dacă celulele arată la fel, ADN-ul lor este organizat diferit. Practic, fiecare zonă este deja „programată” pentru a urma o anumită direcție de dezvoltare.

Celulele din zona anterioară pot contribui la formarea prozencefalului, partea creierului care va include structuri precum emisferele cerebrale. Celulele din zona posterioară pot contribui la formarea rombencefalului, regiunea din care se dezvoltă alte structuri ale creierului. Celulele păreau aproape identice la exterior, dar în interior aveau deja instrucțiuni diferite pentru dezvoltarea creierului.

Cercetătorii au reușit să crească în laborator cele două tipuri de celule. Au descoperit că fiecare folosește gene diferite, care le stabilesc direcția de dezvoltare. Unele vor forma zonele creierului responsabile de gândire și memorie, iar altele vor forma regiuni care controlează respirația și bătăile inimii.

Aceeași împărțire apare la animale foarte diferite

Descoperirea nu se limitează la vertebrate. Cercetătorii au observat aceeași împărțire a țesutului nervos în partea din față și partea din spate la viermii ghindă, care au un strămoș comun cu oamenii de acum aproximativ 550 de milioane de ani.

Un model asemănător apare chiar și la meduze. Acestea nu au creier, dar își concentrează țesutul nervos în două zone aflate la capetele opuse ale corpului. Cercetătorii cred că această organizare este foarte veche și s-a păstrat de-a lungul evoluției.

Descoperirea ar putea avea și aplicații medicale. Celulele din partea posterioară a creierului pot ajuta la studierea unor boli precum atrofia musculară spinală și scleroza laterală amiotrofică. În aceste boli sunt afectați neuronii care provin din această zonă.

Cercetarea ar putea ajuta și la dezvoltarea unor tratamente pentru controlul apetitului, deoarece medicamentele de tip GLP-1 acționează și asupra unor zone din creierul posterior.