دانشمندان عامل کلیدی در رشد نئوکورتکس را کشف کردند

دانشمندان کالج پزشکی دانشگاه A&M تگزاس به کشفی مهم در مورد رشد مغز دست یافته اند. این اطلاعات جدید به درک ما از نحوه رشد بخشی از مغز که انسان‌ها را نسبت به سایر پستانداران باهوش‌تر می‌کند کمک می‌کند و بینش‌هایی را در مورد عوامل ایجاد ناتوانی‌های ذهنی، از جمله اختلالات طیف اوتیسم، ارائه می‌دهد.

برای سال‌ها، کارشناسان می‌دانستند که لایه نازکی از سلول‌ها در نئوکورتکس – بخشی از مغز که عملکردهای مرتبه بالاتری مانند شناخت، ادراک و زبان را کنترل می‌کند – به طور مستقیم با هوش در پستانداران مرتبط است. هر چه سطح نئوکورتکس بزرگتر باشد، ظرفیت ذهنی آن ارگانیسم بیشتر توسعه یافته است. به عنوان مثال، ضخامت نئوکورتکس انسان تنها حدود سه برابر بیشتر از موش است. با این حال، سطح نئوکورتکس انسان 1000 برابر بیشتر از سطح موش است. ناهنجاری‌ها در این بخش از مغز به نقص‌های رشدی منجر می‌شوند که شامل اختلالات طیف اوتیسم و ​​ناتوانی‌های ذهنی می‌شود.

چیزی که درک نمی شود این است که چگونه گسترش تکاملی این قسمت از مغز ترجیحاً به نفع گسترش سطح نئوکورتکس به بهای افزایش ضخامت آن اتفاق می افتد. چگونگی توزیع اولیه‌ترین جمعیت‌های سلول‌های بنیادی عصبی – بلوک‌های سازنده مغز – یک عامل کلیدی در این فرآیند است.

ویتاس آ. بانکایتیس، پروفسور ممتاز، گفت: “واحدهای پردازش فردی بسیاری وجود دارند که به صورت افقی در نئوکورتکس چیده شده اند. هر چه سطح سطح بیشتری داشته باشید، تعداد بیشتری از این واحدهای پردازشی را می توانید در خود جای دهید.” کالج پزشکی، کرسی بنیاد EL Wehner-Welch در شیمی، و یکی از نویسندگان این مطالعه، که در منتشر شده است. گزارش های سلولی. “سوال این است که چرا با بالا رفتن از درخت تکاملی پستانداران، سطح نئوکورتیکال نسبت به ضخامت آن بسیار بیشتر است؟ چرا سلول‌های بنیادی عصبی هنگام تکثیر خود را در جهت جانبی پخش می‌کنند و روی هم انباشته نمی‌شوند؟ “

این سوال کلیدی است زیرا وقتی سلول‌ها پخش نمی‌شوند، اما در عوض روی هم انباشته می‌شوند، نئوکورتکس ضخیم‌تری با سطح کوچک‌تر ایجاد می‌کند – مشخصه‌ای که در موارد ناتوانی ذهنی و حتی اوتیسم مشاهده شده است.

Zhigang Xie، استادیار کالج پزشکی و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «یکی از مهمترین علل ژنتیکی ناتوانی ذهنی، جهش در ژنی است که در ابتدا LIS1 نام داشت. این جهش ژنتیکی باعث ایجاد مغزی صاف می شود که با ناتوانی ذهنی مرتبط است. و یک مشاهدات معمولی این است که نئوکورتکس بیمار ضخیم تر از حد طبیعی است. همچنین مطالعات بسیار اخیری وجود دارد که تفاوت های رایج در مغز اوتیسم را شناسایی می کند. مناطق ضخیم غیر طبیعی نئوکورتکس در آن افراد.”

دانشمندان مدتی است می‌دانند که با تقسیم سلول‌های بنیادی عصبی، هسته‌های آن‌ها در فضای تشریحی به عنوان تابعی از چرخه سلولی بالا و پایین می‌رود، فرآیندی که مهاجرت هسته‌ای بین جنبشی نامیده می‌شود. آنها این کار را با استفاده از یک شبکه اسکلت سلولی انجام می دهند که مانند ریل قطار با موتورهایی عمل می کند که هسته ها را به روشی دقیق به سمت بالا یا پایین حرکت می دهد. اگرچه چندین ایده ارائه شده است، اما این معما باقی می ماند که چرا هسته ها به این طریق حرکت می کنند، چگونه این شبکه از خطوط قطار کنترل می شود، و مهاجرت هسته ای بین جنبشی چه نقشی در توسعه نئوکورتکس ایفا می کند.

Xie و Bankaitis در مطالعه خود به این سؤالات پاسخ می دهند.

بانکایتیس توضیح می‌دهد که وقتی سلول‌های زیادی در مرحله جنینی رشد نئوکورتیکال به هم نزدیک هستند، حرکت هسته‌های آنها به سمت بالا و پایین باعث ایجاد نیروهای مخالف به سمت بالا و پایین می‌شود که سلول‌های بنیادی عصبی در حال تقسیم را به بیرون پخش می‌کنند.

بانکایتیس گفت: «به یک لوله خمیر دندان فکر کنید. “اگر شما آن لوله خمیر دندان را بردارید، آن را بین دستان خود قرار دهید، از پایین فشار دهید و از بالا به پایین فشار دهید، چه اتفاقی می‌افتد؟ صاف می‌شود و پخش می‌شود. اساساً اینطوری کار می‌کند. شما یک نیروی رو به بالا دارید. و نیروی رو به پایین ناشی از حرکت هسته‌ها که این سلول‌ها را به بیرون پخش می‌کند.”

Xie و Bankaitis همچنین نشان می‌دهند که سلول‌ها چگونه این کار را با پیوند دادن چندین مسیر متمایز به یکدیگر انجام می‌دهند که با هم همکاری می‌کنند تا به سلول‌های بنیادی عصبی تازه متولد شده بگویند کجا باید بروند.

بانکایتیس گفت: «من فکر می‌کنم برای اولین بار، این واقعاً مولکول‌ها و مسیرهای سیگنالی را کنار هم قرار می‌دهد که نشان می‌دهد چگونه این فرآیند کنترل می‌شود و چرا با نقص‌های رشد عصبی مرتبط یا مرتبط است. ما یک مسیر بیوشیمیایی را انتخاب کرده‌ایم، آن را به یک مسیر بیولوژیکی سلولی وصل کرده‌ایم، و آن را به یک مسیر سیگنالی که با هسته صحبت می‌کند تا رفتار هسته‌ای را ارتقا دهد که نیرویی ایجاد می‌کند که مغز پیچیده‌ای ایجاد می‌کند، مرتبط کرده‌ایم. اکنون یک مدار کامل است.»

نتایج این مطالعه فاکتور مهمی را در علل زمینه‌ای خطر ابتلا به اوتیسم، ناتوانی‌های ذهنی و نقص مادرزادی لوله عصبی آشکار می‌کند. دانش جدید در مورد اصول اولیه تنظیم شکل نئوکورتکس همچنین به طراحی سیستم‌های کشت مغز در شرایط آزمایشگاهی کمک می‌کند که فرآیندهای رشدی مورد علاقه را با دقت بیشتری منعکس می‌کند و چشم‌انداز توسعه داروی عصبی را بهبود می‌بخشد.

زی گفت: «در حالی که ممکن است دلایل زیادی وجود داشته باشد که چرا نئوکورتکس به جای گسترش یافتن ضخیم‌تر می‌شود، کار ما دیدگاه جدیدی در مورد اینکه چرا بیماران مبتلا به اوتیسم و ​​ناتوانی‌های ذهنی اغلب قشر ضخیم‌تری از خود نشان می‌دهند، ارائه می‌کند. “این واقعیت که محصول ژن LIS1 یک تنظیم کننده اصلی مهاجرت هسته ای است، از جمله مهاجرت هسته ای بین جنبشی که در این کار مطالعه می کنیم، از نتایجی که در این مقاله به آن می رسیم حمایت می کند.”