La doar câteva săptămâni de la concepție, o foiță de celule din embrionul uman începe un dans delicat: se lărgește, se întinde și se rulează pentru a forma un tub. Din această structură fragilă se va naște întregul sistem nervos central – creierul și măduva spinării, fundația gândurilor, sentimentelor și acțiunilor noastre.
Misterul modului în care aceste celule „știu” ce să devină a început să fie descifrat. O nouă cercetare a creat o hartă detaliată a acestui proces, permițând oamenilor de știință să prezică cu o acuratețe uimitoare unde se va deplasa o celulă în creierul aflat în stadiu incipient, bazându-se exclusiv pe semnătura sa ARN.
Publicate în revista eLife, descoperirile biologului Eric Brooks de la NC State College of Veterinary Medicine și ale colegilor săi ar putea revoluționa înțelegerea dezvoltării creierului și ar putea oferi noi căi pentru a preveni defectele congenitale devastatoare.
Dansul misterios: cum colaborează pentru a forma creierul
Toți embrionii pornesc de la o simplă minge de celule identice. Pe măsură ce se multiplică, acestea se diferențiază, formând țesuturi specializate. Celulele care vor alcătui sistemul nervos sunt printre primele care se organizează.
„Mulți oameni sunt interesați în mod fundamental de originea creierului”, spune Brooks, conform Phys.org. Deși se știe că semnalele chimice ghidează celulele, schimbările interne care le transformă în tipuri specifice de neuroni rămân un proces enigmatic. „Ce anume ajută la diferențierea acestor celule între ele? Sau ce le permite să facă lucruri specifice, cum ar fi crearea formei țesutului?” se întreabă Brooks.
Această coregrafie complicată oferă, din păcate, multe oportunități pentru erori. „Defectele în formarea acestei structuri, tubul neural, se numără printre cele mai frecvente defecte de dezvoltare la om”, a explicat Brooks, afectând aproximativ unul din 2.000 de nou-născuți.
Dacă defectul apare în zona care formează măduva spinării, poate rezulta spina bifida. Însă, dacă tubul nu se închide în regiunea craniană, care devine creier, „nu se poate supraviețui”, adaugă el.
Construirea unui atlas celular
Pentru a înțelege mai bine aceste căi celulare, echipa a examinat expresia ARN-ului în celulele plăcii neurale craniene la embrioni de șoarece, într-o perioadă critică de 1,5 zile. Folosind o tehnică avansată numită secvențiere ARN unicelulară, au analizat peste 17.000 de celule individuale.
În interiorul fiecărei celule, ADN-ul conține același set de instrucțiuni. Însă fiecare celulă citește doar anumite părți, transcriindu-le în ARN pentru a-și îndeplini sarcinile specifice. Urmărind ce ARN este activ, cercetătorii pot înțelege exact ce face o celulă la un moment dat.
Rezultatul este un atlas celular spectaculos, o serie de hărți colorate care arată unde se aflau celulele cu semnături ARN specifice în diferite momente. Echipa a demonstrat că expresia ARN poate dezvălui cu precizie originea unei celule – fie din viitorul creier anterior, mijlociu sau posterior – dar și dacă provenea din centrul plăcii neurale sau de la marginea acesteia.
Gena „Sonic Hedgehog” iese în evidență
Cercetătorii au fost deosebit de interesați de o genă cu un nume curios: Sonic Hedgehog. Activarea acestei gene declanșează o cascadă de alte semnale genetice și este exprimată doar într-o fâșie îngustă, exact pe linia mediană a țesutului.
Atlasul a confirmat descoperiri anterioare, arătând cum un semnal prea puternic al genei Sonic Hedgehog poate perturba închiderea tubului neural, împiedicând marginile plăcii să se plieze corect.
„Unul dintre lucrurile cu adevărat fascinante despre dezvoltare este că, în general, este un proces progresiv. Construiești pe baza lucrurilor care s-au întâmplat deja”, spune Brooks.
Această hartă ARN nu doar că arată cum se organizează celulele la început, dar oferă și indicii prețioase despre viitorul lor, rolurile pe care le vor juca și conexiunile pe care le vor forma. Brooks speră ca acest atlas să devină o resursă valoroasă pentru comunitatea științifică, permițând altor cercetători să exploreze cele mai timpurii etape ale formării creierului și să descifreze cum un embrion format din câteva straturi simple de celule evoluează în complexitatea uluitoare a creierului complet format.
