منشا تنوع عصبی —

بدن ما از صدها نوع سلول تشکیل شده است که هر کدام عملکرد بسیار خاصی دارند. این سلول‌ها می‌توانند از نظر ویژگی‌هایشان تفاوت زیادی داشته باشند — که برای مثال با مقایسه یک سلول خونی با یک سلول پوست به وضوح قابل مشاهده است. با این وجود، هر سلول حامل اطلاعات ژنتیکی یکسانی است. تنوع امکان پذیر است زیرا سلول ها از همه این اطلاعات استفاده نمی کنند. هر نوع سلول فقط ژن هایی را فعال می کند که واقعاً به آنها نیاز دارد. سپس این زیرمجموعه به RNA و پروتئین ترجمه می شود و در نتیجه یک نوع سلول بسیار خاص ایجاد می شود.

سرنوشت بیشتر سلول ها در طول رشد مشخص می شود. فرآیندی که سلول های غیر تخصصی به انواع سلول های خاص بالغ می شوند، تمایز نامیده می شود. بدون تمایز، یک سلول تخم بارور شده نمی تواند ارگانیسمی با انواع بافت های مختلف ایجاد کند. در ابتدا، سلول تخمک قادر به تشکیل هر نوع سلولی است. در سلول‌های نسل آن، این توانایی به تدریج کاهش می‌یابد، به طوری که در اواخر رشد جنینی، سلول‌ها معمولاً فقط قادر به تمایز به یک نوع سلول خاص هستند.

تنوع زیاد در مغز

طیف وسیعی از انواع سلول ها در مغز یافت می شود که اکثر آنها سلول های گلیال و نورون ها هستند. اینها را می توان به انواع مختلف سلول های تخصصی تقسیم کرد: بیش از 100 نوع مختلف فقط برای نورون های بازدارنده وجود دارد. آنها از سلول های پیش ساز عصبی منشأ می گیرند که در ابتدای رشد چندین بار تقسیم می شوند. بعدها، سلول های دختر آنها انواع مختلف سلول را ایجاد می کنند.

هنوز یک سوال حل نشده این است که چگونه این تنوع عظیم از انواع سلول ها از سلول های پیش ساز تمایز نیافته در عرض چند هفته در انسان یا چند روز در موش به وجود می آید. یک تیم بین المللی به رهبری کریستین مایر مکانیسم هایی را که باعث تنوع سلولی در مغز موش می شود، بررسی کردند. محققان به ویژه علاقه مند بودند که آیا انواع سلول های مختلف می توانند از یک سلول پیش ساز منشأ بگیرند و در چه مقطع زمانی در طول توسعه، سرنوشت نورون ها مشخص می شود.

بارکدهای ساخته شده از DNA مصنوعی

دانشمندان تکنیک جدیدی برای برچسب گذاری سلول های پیش ساز ابداع کردند. برای انجام این کار، آنها میلیون ها توالی DNA مصنوعی، به اصطلاح بارکد ایجاد کردند. با قرار دادن یکی از بارکدها در هر سلول، هزاران سلول مولد به طور منحصر به فرد علامت گذاری شدند — مشابه بارکدهایی که می دانیم برای اسکن کالاهای مصرفی استفاده می شود. هنگامی که یک سلول برچسب‌گذاری شده تقسیم می‌شود، بارکد را به سلول‌های دخترش می‌فرستد و تشخیص اینکه کدام سلول‌ها از یکدیگر نزول می‌کنند ممکن می‌سازد. محققان این روش را با توالی یابی RNA تک سلولی ترکیب کردند که تمام ژن های فعال در یک سلول را شناسایی می کند. بر اساس این اطلاعات، آنها توانستند سلول های علامت گذاری شده با بارکد را به انواع سلول های مختلف طبقه بندی کنند.

با ترکیب این دو روش، دانشمندان نشان دادند که انواع سلول‌ها و شباهت‌های بین آنها را نمی‌توان برای ایجاد فرضیاتی در مورد روابط رشدی مورد استفاده قرار داد: برخلاف آنچه عموماً تصور می‌شود، سلول‌های یک نوع سلولی مشابه اغلب نمی‌توانند به یک منشاء مشترک در رشد ردیابی شوند. . این بدان معنی است که سلول های پیش ساز نامرتبط می توانند انواع سلول های مشابه (همگرایی) را ایجاد کنند.

انواع مختلف سلول از یک سلول پیش ساز منفرد

دانشمندان همچنین توانستند سناریوی مخالف را در نورون‌های بازدارنده نشان دهند: حتی انواع سلول‌های مختلف در ساختارهای مختلف مغز می‌توانند از یک سلول پیش‌ساز منشا گرفته شوند (واگرایی). در این مورد، به نظر می رسد سلول پیش ساز سرنوشت نورون را تعیین می کند — بنابراین تمایز در سطح سلول های پیش ساز آغاز می شود و نه بعداً به دلیل سیگنال های خارجی. بر این اساس، یک سلول پیش‌ساز می‌تواند انواع مختلف سلول‌های عصبی را ایجاد کند، و به‌طور شگفت‌انگیزی تا اواخر رشد – زمانی که فرض می‌شد این پتانسیل دیگر وجود ندارد.

دانشمندان انتظار دارند که بر اساس این نتایج، اختلالات رشد عصبی در آینده بهتر درک شود. برای مثال، بررسی روابط رشدی سلول‌ها می‌تواند اطلاعاتی در مورد اینکه چرا گروه‌های خاصی از نورون‌ها تحت تأثیر جهش‌های ژنتیکی هستند که باعث بیماری‌های عصبی و روانی می‌شوند، ارائه دهد. علاوه بر این، روش جدید را می توان به هر نوع بافت دیگری گسترش داد، بنابراین طیف عظیمی از کاربردهای ممکن را باز می کند.

منبع داستان:

مواد ارائه شده توسط ماکس پلانک-گسلشافت. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.