Oamenii de știință au descoperit proteina cheie responsabilă de asimetria creierului

Mecanismele genetice care stau la baza diferențelor unice stânga-dreapta din creier sunt acum mai bine înțelese datorită noilor cercetări, deschizând calea pentru o mai bună înțelegere a tulburărilor umane asociate cu asimetria cerebrală anormală.

O proteină numită Cachd1 joacă un rol cheie în stabilirea diferitelor structuri și funcții neuronale pe fiecare parte a creierului, au descoperit cercetători de la UCL, Institutul Wellcome Sanger, Universitatea din Oxford și alți coautori. Studiul este publicat în revista Science.

Prin efectuarea de experimente genetice pe peștii zebră, cercetătorii au descoperit că atunci când Cachd1 este mutat, partea dreaptă a creierului își pierde dezvoltarea asimetrică normală și devine o imagine în oglindă a părții stângi. Această tulburare provoacă conectivitate neuronală anormală, care afectează funcția creierului.

Această descoperire aruncă lumină asupra mecanismelor genetice care stau la baza asimetriei cerebrale, un fenomen observat la multe specii de animale, inclusiv la oameni. Înțelegerea acestor procese ar putea duce la o mai bună înțelegere a tulburărilor umane în care asimetria cerebrală este perturbată, cum ar fi schizofrenia, boala Alzheimer și tulburările din spectrul autist.

În ciuda anatomiei lor de tip imagine în oglindă, emisferele stânga și dreapta ale creierului uman prezintă diferențe funcționale care afectează conexiunile neuronale și procesele cognitive, cum ar fi limbajul. Modul în care apar aceste diferențe stânga-dreapta în circuitele neuronale este încă puțin înțeles.

Folosind peștele zebră - un organism model bine-cunoscut pentru studierea dezvoltării creierului datorită embrionilor săi transparenți - cercetătorii au început să studieze modul în care Cachd1 ar putea influența asimetria creierului.

Echipa a descoperit că, atunci când Cachd1 este mutat, o regiune a creierului numită habenulă își pierde distincția normală stânga-dreapta. Neuronii din partea dreaptă devin similari cu neuronii din partea stângă, ceea ce perturbă conexiunile neuronale din habenulă și îi afectează potențial funcția.

Inhibarea genei cachd1 folosind morfolino are ca rezultat o simetrie bilaterală. (AB) Vedere dorsală la 4 zile după fertilizare la larve de tip sălbatic neinjectate și larve injectate cu morfolino cachd1 după hibridizare in situ pe întreaga suprafață folosind ribosonde antisens împotriva markerului habenula dorsal asimetric kctd12.1. (C) RT-PCR semicantitativă a transcrierilor cachd1. Sursa: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Experimentele de legare a proteinelor au arătat că Cachd1 se leagă de doi receptori care permit celulelor să comunice prin calea de semnalizare Wnt, una dintre cele mai intens studiate căi de comunicare celulară, care joacă roluri importante în dezvoltarea timpurie, formarea celulelor stem și multe boli.

În plus, efectele Cachd1 par a fi specifice părții drepte a creierului, sugerând că există un factor inhibitor necunoscut care îi limitează activitatea în partea stângă. Deși detaliile complete nu sunt încă clare, datele sugerează cu tărie că Cachd1 joacă un rol cheie în stabilirea distincției dintre partea stângă și cea dreaptă a creierului în curs de dezvoltare, prin reglarea comunicării celulare specifice părții drepte.

Studiile viitoare vor examina dacă Cachd1 are și alte funcții importante legate de calea Wnt.

„Acesta a fost un proiect extrem de colaborativ care a beneficiat enorm de o abordare interdisciplinară – genetica, biochimia și biologia structurală s-au reunit pentru a înțelege mai bine stabilirea asimetriei stânga-dreapta în creier, precum și pentru a identifica o nouă componentă a unei căi de semnalizare importante cu roluri multiple în sănătate și boli”, spune Dr. Gareth Powell, coautor al studiului, fost doctorand la Institutul Wellcome Sanger și acum membru al Departamentului de Biologie Celulară și Dezvoltare al UCL.

„Sunt încântat să văd publicarea acestui studiu extrem de colaborativ, care a reunit numeroase persoane talentate, cu diverse interese de cercetare și abilități, din diferite institute. Împreună, echipa ne-a permis să facem noi descoperiri interesante atât despre calea de semnalizare Wnt, cât și despre dezvoltarea asimetriei cerebrale”, a declarat profesorul Steve Wilson, autorul principal al studiului și membru al Departamentului de Biologie Celulară și Dezvoltare al UCL.