Studie visar att mänskliga hjärnan utvecklas från två separata organ

Den mänskliga hjärnan är inte det enhetliga organ som forskare länge antagit. En studie som publicerades i fredags i Nature Neuroscience av ett forskarteam lett av Stanford Medicine avslöjar att hjärnan utvecklas från två separata populationer av stamceller, vilket kullkastar årtionden av vetenskaplig konsensus om att en enda föregångare ger upphov till hela organet.medicalxpress+1

Två system, ett organ

Den rådande modellen för hjärnans utveckling har varit att alla hjärnregioner härstammar från en gemensam stamcell tidigt i fosterlivet. Den nya forskningen raserar den idén. Genom att arbeta med musembryon under gastrulationen, det stadium då kroppen först tar form, identifierade teamet två ömsesidigt uteslutande stamcellspopulationer. Den ena, som uttrycker genen Otx2, är avsedd att bli framhjärnan och mitthjärnan, som hanterar språk, medvetande och abstrakt tänkande. Den andra, som uttrycker Gbx2, bildar hjärnstammen, som kontrollerar andning, hjärtslag, sömn och sväljning.sciencealert+1

De två populationerna överlappar aldrig, och deras DNA-paketering, känd som kromatin, skiljer sig fundamentalt, vilket låser varje celltyp till sin utvecklingsväg. Vi har för första gången visat att hjärnans framsida uppstår från en helt annan stamcell än hjärnans baksida, säger Kyle Loh, docent i utvecklingsbiologi vid Stanford och studiens seniorförfattare.medicalxpress+1

Forskarna bekräftade att mönstret sträcker sig bortom möss. De fann samma struktur med dubbelt ursprung hos kycklingar, zebrafiskar, makaker och ollonmaskar, arter som delar en gemensam förfader som beräknas ha levt för ungefär 550 miljoner år sedan. Vår forskning tyder på att evolutionen tog två existerande nervsystem och pressade samman dem rumsligt, säger Loh.sciencealert+1

Från upptäckt till sjukdomsforskning

Fyndet löser ett långvarigt pussel inom laboratorieforskningen. Forskare har i årtionden kämpat med att odla hjärnstamsneuroner in vitro, troligen för att de startade med stamceller avsedda för framhjärnan. Tidigare försök att skapa hjärnstamsneuroner försökte troligen övertala framhjärne- och mitthjärnestamceller att bli hjärnstamsceller, vilket vår studie visar inte är möjligt, säger medförfattaren Rayyan Jokhai.streamlinefeed+1

Med rätt startmaterial genererade teamet för första gången funktionella mänskliga hjärnstamsmotorneuroner från pluripotenta stamceller. De laboratorieodlade cellerna uppvisade elektrisk aktivitet och proteiner karakteristiska för de hjärnstamsregioner som kontrollerar ansikts- och sväljmuskler. Denna förmåga öppnar nya vägar för att studera sjukdomar som förstör hjärnstamsneuroner, inklusive spinal muskelatrofi, en ledande genetisk dödsorsak hos barn under ett år, och amyotrofisk lateralskleros.medicalxpress+1

Nu har vi en modell för att bättre förstå dessa förödande sjukdomar och arbeta mot regenerativa terapier för dem, säger Jokhai. Detta är en mycket spännande ny front inom hjärnforskningen.medicalxpress