UCLA-studier visar hur hjärnans stamceller väljer vilka nervceller som ska bildas

Två studier från UCLA, publicerade på torsdagen i tidskrifterna Cell och Science, har kartlagt de metaboliska och fysiska signaler som vägleder radiala gliaceller – de stamceller som ansvarar för att bygga upp större delen av den mänskliga hjärnbarken – när de avgör vilka typer av hjärnceller som ska produceras under fosterutvecklingen.newsroom.ucla+1

Metabolism som beslutsfattare

Studien i Cell, ledd av författarna Jessenya Mil och Jose Soto i samarbete mellan laboratorierna hos Aparna Bhaduri och Heather Christofk, kartlade metabolismen i den mänskliga hjärnbarken under utveckling med hjälp av donerad vävnad och hjärnorganoider från stamceller. Forskarna fann att radiala gliaceller är starkt beroende av pentosfosfatvägen, en process som omvandlar glukos till byggmaterial för celler som delar sig snabbt.sciencedaily+1

När teamet minskade tillgången på glukos eller störde den vägen, ändrade stamcellerna sin produktion och genererade fler hämmande nervceller och celltyper som normalt uppstår senare i utvecklingen.newsroom.ucla+1

"Det som var förvånande är att metabolismen inte bara är en passiv sak som sker i bakgrunden," säger Bhaduri, biträdande professor i biologisk kemi vid David Geffen School of Medicine på UCLA, i ett pressmeddelande från universitetet. "Den kan verkligen styra hur stamceller fattar beslut."newsroom.ucla

En fysisk signal från hjärnans djup

Studien i Science, ledd av Claudia Nguyen, undersökte signaler från thalamus, en struktur djupt inne i hjärnan som vidarebefordrar information genom nervsystemet. Genom att använda hjärnassembloider – sammansmälta thalamus- och kortikala organoider odlade från mänskliga stamceller – fann teamet att utskott från thalamus får direkt fysisk kontakt med radiala gliaceller mycket tidigare än forskarna förväntat sig.scitechpulse+1

Den kontakten fick stamcellerna att producera fler excitatoriska nervceller, särskilt de i de övre lagren som är mest utvecklade hos människor jämfört med andra arter. Forskarna spårade denna interaktion till NRXN1, en gen som redan är kopplad till autismspektrumtillstånd. När assembloider byggdes av patienthärledda celler med en NRXN1-mutation, störde de förändrade thalamussignalerna balansen mellan stamceller och de nervceller de genererade.newsroom.ucla+2

Implikationer för sjukdom och utveckling

Tillsammans tyder studierna på att den utvecklande hjärnan formas av kontinuerlig kommunikation mellan stamceller och deras miljö – både näringsmässigt och strukturellt. De metaboliska resultaten kan hjälpa forskare att förstå hur moderns näringsintag och metaboliska störningar påverkar hjärnbildningen, medan arbetet med thalamuskontakt öppnar en potentiell väg för att undersöka hur tidiga störningar bidrar till neuroutvecklingsstörningar.newsroom.ucla+1

"Radiala gliaceller är de coolaste celler som någonsin funnits," säger Bhaduri. "De är verkligen nyckeln till att göra oss mänskliga. Men de står också i centrum för många neuroutvecklings- och neuropsykiatriska störningar, liksom cancer."scitechpulse+1