Исследование роли эволюционно новых энхансеров в развитии мозолистого тела
- Авторы: Кустова А.О.1,2, Целис Суэскун Х.К.1, Рыбакова В.П.1,2, Тарабыкин В.С.3
-
Учреждения:
- Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
- Научно-исследовательский институт медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук
- Институт клеточной биологии и нейробиологии клиники Шарите
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 502-503
- Раздел: Материалы конференции
- URL: https://bakhtiniada.ru/2313-1829/article/view/256255
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623464
- ID: 256255
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Одним из важных аспектов работы головного мозга млекопитающих является обмен информации между нейронами разных полушарий. Данный процесс развивался в ходе эволюции. У сумчатых (Marsupialia) и однопроходных (Monotremata) млекопитающих межполушарное сообщение осуществляется через увеличенную переднюю комиссуру. У плацентарных (Eutheria) млекопитающих в процессе эволюционного развития появилась новая структура головного мозга — мозолистое тело. Мозолистое тело (Corpus callosum) — самая большая комиссура в организме человека, содержащая около 80% комиссуральных аксонов всего головного мозга. Мозолистое тело в большой степени отвечает за эффективность разных аспектов высшей нервной деятельности, включая функцию исполнения решений, социальное взаимодействие, память и язык. Вероятно, образование новой структуры для межполушарного взаимодействия связано с изменением направления роста аксонов неокортекса во время развития. Данный процесс может регулироваться изменениями уровня экспрессии определенных генов, ответственных за контроль над ростом аксонов и миграцией клеток в неокортексе. Полное понимание процесса навигации аксонов коры головного мозга и формирования межполушарных связей позволит создать новые животные модели, которые можно будет использовать в изучении пороков развития коры.
Был идентифицирован ряд энхансеров для белок-кодирующих генов, чьи паттерны экспрессии различаются в клетках неокортекса у плацентарных и неплацентарных (сумчатых) млекопитающих. Проведено сравнение уровней ацетилирования гистона H3 на лизине 27 (H3K27ac), рассматриваемого как эпигенетическая метка для активных энхансеров генов, по всему геному домового опоссума (Monodelphis domestica) и домовой мыши (Mus musculus). Далее проводился скрининг генов-кандидатов, оценивалась локализация и уровень экспрессии в коре во время эмбриогенеза. Таким образом, был определён ген Tbr1, неправильная экспрессия которого может привести к изменениям развития коры.
Следующим шагом стало объединение системы CRISPR/Cas9 с in utero электропорацией для полной делеции активного энхансера гена Tbr1 в развивающихся клетках неокортекса у эмбрионов мышей на 14 день эмбрионального развития. Проанализировано влияние делеции энхансера на экспрессию Tbr1 в верхних слоях коры, направление роста аксонов и миграция нейронов на 18 день эмбрионального развития.
Было продемонстрировано значительное снижение экспрессии Tbr1 в верхних слоях коры: после делеции активного энхансера только 30% электропорированных нейронов сохранили экспрессию Tbr1. Также наблюдалась достоверная задержка миграции нейронов в субвентрикулярной зоне (41% против 17% в контрольной группе) и в верхних слоях коры (20% против 35% в контрольной группе). Однако направление роста аксонов не изменилось: каллозальные аксоны успешно пересекли среднюю линию и сформировали мозолистое тело.
Таким образом, экспрессия эволюционно нового энхансера Tbr1 играет важную роль в миграции нейронов в ходе кортикогенеза, однако её вклад в развитие мозолистого тела остается не до конца исследованным. Следующим шагом станет детальное изучение морфологии мозолистого тела после делеции энхансера.
Ключевые слова
Полный текст
Одним из важных аспектов работы головного мозга млекопитающих является обмен информации между нейронами разных полушарий. Данный процесс развивался в ходе эволюции. У сумчатых (Marsupialia) и однопроходных (Monotremata) млекопитающих межполушарное сообщение осуществляется через увеличенную переднюю комиссуру. У плацентарных (Eutheria) млекопитающих в процессе эволюционного развития появилась новая структура головного мозга — мозолистое тело. Мозолистое тело (Corpus callosum) — самая большая комиссура в организме человека, содержащая около 80% комиссуральных аксонов всего головного мозга. Мозолистое тело в большой степени отвечает за эффективность разных аспектов высшей нервной деятельности, включая функцию исполнения решений, социальное взаимодействие, память и язык. Вероятно, образование новой структуры для межполушарного взаимодействия связано с изменением направления роста аксонов неокортекса во время развития. Данный процесс может регулироваться изменениями уровня экспрессии определенных генов, ответственных за контроль над ростом аксонов и миграцией клеток в неокортексе. Полное понимание процесса навигации аксонов коры головного мозга и формирования межполушарных связей позволит создать новые животные модели, которые можно будет использовать в изучении пороков развития коры.
Был идентифицирован ряд энхансеров для белок-кодирующих генов, чьи паттерны экспрессии различаются в клетках неокортекса у плацентарных и неплацентарных (сумчатых) млекопитающих. Проведено сравнение уровней ацетилирования гистона H3 на лизине 27 (H3K27ac), рассматриваемого как эпигенетическая метка для активных энхансеров генов, по всему геному домового опоссума (Monodelphis domestica) и домовой мыши (Mus musculus). Далее проводился скрининг генов-кандидатов, оценивалась локализация и уровень экспрессии в коре во время эмбриогенеза. Таким образом, был определён ген Tbr1, неправильная экспрессия которого может привести к изменениям развития коры.
Следующим шагом стало объединение системы CRISPR/Cas9 с in utero электропорацией для полной делеции активного энхансера гена Tbr1 в развивающихся клетках неокортекса у эмбрионов мышей на 14 день эмбрионального развития. Проанализировано влияние делеции энхансера на экспрессию Tbr1 в верхних слоях коры, направление роста аксонов и миграция нейронов на 18 день эмбрионального развития.
Было продемонстрировано значительное снижение экспрессии Tbr1 в верхних слоях коры: после делеции активного энхансера только 30% электропорированных нейронов сохранили экспрессию Tbr1. Также наблюдалась достоверная задержка миграции нейронов в субвентрикулярной зоне (41% против 17% в контрольной группе) и в верхних слоях коры (20% против 35% в контрольной группе). Однако направление роста аксонов не изменилось: каллозальные аксоны успешно пересекли среднюю линию и сформировали мозолистое тело.
Таким образом, экспрессия эволюционно нового энхансера Tbr1 играет важную роль в миграции нейронов в ходе кортикогенеза, однако её вклад в развитие мозолистого тела остается не до конца исследованным. Следующим шагом станет детальное изучение морфологии мозолистого тела после делеции энхансера.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-65-00017.
Об авторах
А. О. Кустова
Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского; Научно-исследовательский институт медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: elakust@gmail.com
Россия, Нижний Новгород; Томск
Х. К. Целис Суэскун
Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: elakust@gmail.com
Россия, Нижний Новгород
В. П. Рыбакова
Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского; Научно-исследовательский институт медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук
Email: elakust@gmail.com
Россия, Нижний Новгород; Томск
В. С. Тарабыкин
Институт клеточной биологии и нейробиологии клиники Шарите
Email: elakust@gmail.com
Германия, Берлин
Список литературы
Дополнительные файлы
