Нейрогенез: почему наш мозг построен по образцам древних существ

Исследование, проведенное в лаборатории Лейдена в университете Лехай, выявило, что генетические процессы, которые определяют создание новых нейронов в мозге, на самом деле возникли задолго до эволюционного развития центральной нервной системы. Проще говоря, для того чтобы построить наши мозги, природа использовала образцы, которые были у простых организмов, предшествовавших нам и другим животным на эволюционной шкале. Результаты исследования, опубликованные в журнале Scientific Reports, основаны на интенсивном изучении генетических механизмов в примитивных нервных сетях Nematostella vectensis, также известной как морская анемона-звездочка.


Нейрогенез — процесс, при котором в мозге образуются новые нервные клетки — нейроны. Он имеет важное значение во время эмбрионального развития, но также продолжается в определенных областях мозга после рождения и на протяжении всей жизни. Зрелый мозг имеет множество специализированных областей функций и нейронов, отличающихся по структуре и связям. Например, гиппокамп, который играет важную роль в когнитивных функциях, таких как обучение и память, а также в эмоциях, настроении, тревожности и стрессовой реакции, содержит не менее 27 различных типов нейронов.

Захватывающее многообразие нейронов в нашем мозге проистекает из контролируемого процесса нейрогенеза во время развития эмбриона. Во время нейрогенеза нейрональные стволовые клетки претерпевают дифференциацию, то есть превращаются в различные специализированные типы клеток в определенное время и области мозга. Нейрональные стволовые клетки способны порождать новые нейронные клетки любого типа. Если мы изолируем стволовые клетки из мозга и выращиваем их в лаборатории, они будут активно делиться, образуя большие сферические скопления клеток. Каждая такая сферическая масса, известная как нейросфера, образуется из одной стволовой клетки. Изменяя состав химических веществ, мы можем направлять развитие этих клеток в нейроны или глиальные клетки.

Уникальной особенностью стволовых клеток является их способность к бесконечному делению, порождая либо больше стволовых клеток, либо специализированные клетки, такие как нейрональные прогениторные клетки. Они, в свою очередь, претерпевают дифференциацию и превращаются в определенные типы нейронов. Также нейрональные стволовые клетки могут быть источником глиальных прогениторных клеток, которые дифференцируются в глиальные клетки, такие как астроциты, олигодендроциты и микроглия.

Ранее нейробиологи полагали, что центральная нервная система, включая мозг, неспособна к такому процессу, как нейрогенез и регенерация. Однако в 1990-х годах было обнаружено, что некоторые области взрослого мозга содержат стволовые клетки, и теперь мы знаем, что взрослый нейрогенез является естественным процессом, который происходит в здоровом мозге.

Ученые из лаборатории Лейдена провели исследование, направленное на выяснение генетических механизмов, регулирующих нейрогенез в мозге, а также их эволюцию в процессе филогенеза. Для этой цели они использовали в качестве модельного организма морскую анемону-звездочку, представителя группы животных, называемых книдариями.



Книдарии, включающие в себя медуз, кораллы, морские анемоны и гидры, являются важной филогенетической группой, поскольку они являются ближайшими родственниками билатерий, таких, как насекомые, кольчатые черви, моллюски, морские ежи и позвоночные. В основном, билатерии характеризуются наличием централизованной нервной системы. Исследование нейрогенеза у книдарий позволяет сделать выводы о древних механизмах, которые были основой для возникновения и, возможно, формирования билатеральной центральной нервной системы.


— доктор Майкл Лейден, руководитель исследования.

Морская анемона-звездочка имеет простую нервную сеть, состоящую из двух слоев нервных клеток, расположенных между эпителиальными клетками. Эти нервные клетки не образуют специализированных структур, таких как ганглии или мозг, и не имеют четкого разделения на сенсорные, моторные или ассоциативные нейроны. Однако они способны к нейрогенезу и регенерации, а также к образованию синапсов и передаче нервных импульсов.

Исследователи сравнили экспрессию генов, связанных с нейрогенезом, у морской анемоны-звездочки с экспрессией этих же генов у мыши и человека. Они обнаружили, что многие гены, которые регулируют нейрогенез в мозге более высоких животных, также присутствуют и активны у морской анемоны. Кроме того, они выявили несколько новых генов, которые специфичны для нейрогенеза у книдарий. Эти результаты свидетельствуют, что генетические механизмы нейрогенеза имеют древнее происхождение и были сохранены в ходе эволюции.

Работа ученых открывает новые перспективы для понимания процессов нейрогенеза и регенерации в мозге, а также для разработки новых терапевтических подходов к лечению нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, инсульт и травматические повреждения мозга.