Нейронауки в Science и Nature, выпуск 90. Как свернулся гиппокамп у черепахи

Кора головного мозга млекопитающих, как известно, включает шесть нейронных слоев – так называемый неокортекс. Cильнее всего он развит у человека. Однако более древние и простые структуры мозга в ходе эволюции не исчезают полностью, а лишь видоизменяются.

Ученые из Института мозга им. Макса Планка во Франкфурте-на-Майне впервые изучили экспрессию генов в нейронах коры черепах и ящериц (в отличие от предыдущих исследований, которые были основаны лишь на анатомо-морфологических признаках) и обнаружили неожиданные сходства и различия с корой млекопитающих. Эти результаты являются серьезным шагом в нашем понимании хода эволюции мозга позвоночных.

Трёхслойный кортекс черепахи. Credit:MPI f. Brain Research


Наш мозг включает в себя эволюционно сравнительно «древние» области, такие как гиппокамп и «новые» области, такие как шестислойный неокортекс, обнаруженный только у млекопитающих и наиболее заметно у людей (иногда в качестве совокупности белого и серого вещества коры применяется термин «плащ мозга» или паллий). Но когда в эволюции возникли компоненты коры головного мозга и как они развивались?

Млекопитающие, рептилии и птицы происходят от общего предка, который жил около 320 миллионов лет назад. Нейробиологи считают, что у этого предка была небольшая кора с тремя слоями, потому что подобная структура и по сей день является основой гиппокампа млекопитающих и коры современных рептилий.

Сравнивая кору сегодняшних рептилий с древними и новыми элементами мозга сегодняшних млекопитающих (например, гиппокампом и неокортексом, соответственно), можно выявить сходства, потенциальные наследственные черты и различия — в результате их независимого развития — и таким образом восстановить основные особенности развития коры.

Основная проблема заключается в том, что для анализа этих черт до сих использовались методы сравнительной анатомии и морфологии. Новое же исследование, опубликованное в Science, включает молекулярный анализ отдельных нейронов и обеспечивает уникальные данные, помогающие восстановить эволюционный ход развития коры.

На протяжении десятилетий анатомические различия между мозгом рептилий и млекопитающих вызвали множество споров о развитии коры: соответствует ли эта часть мозга рептилий аналогичной для млекопитающих, или же многие слои, обнаруженные в неокортексе млекопитающих, действительно существуют и у рептилий? Ответ кроется в молекулярных основах.

Типы нейронов различаются по морфологии, набору нейромедиаторов, образуемыми связями и функциональными свойствами – и все это – результат экспрессии определённого набора генов. Если ген считывается, можно зафиксировать его РНК. Вся совокупность этих молекул (отражающая активные гены) называется транскриптомом. Он уникален для каждого типа нейронов, и именно его изучение привело исследователей к новому открытию.

Из каждого типа они смогли идентифицировать диагностические маркерные гены и использовать кодируемые ими белки для оценки положения различных типов клеток в головном мозге. Маркерные белки метили флуоресцентными молекулами, в результате чего гистологический срез превращался в цветную картину, на которой легко можно было установить количество и расположение различных типов нервных клеток.

Авторам удалось сравнить молекулярные карты мозга рептилий с аналогичными картами для млекопитающих, найти взаимно однозначные соответствия и даже выдвинуть гипотезы о том, каким был мозг у их общего предка, жившего 320 миллионов лет назад.

Новые молекулярные карты показывают, что у рептилий существуют типы нейронов, которые соответствуют типам, обнаруженным в гиппокампе млекопитающих. У рептилий гиппокамп находится в центре мозга, но, в отличие от его «свернутого» аналога млекопитающих, выглядит как один лист.

Судя по всему, у ранних млекопитающих гиппокамп постепенно сдавливался растущим неокортексом и вынужден был завернуться сам в себя, приобретя таким образом ту форму, которую мы сейчас наблюдаем у млекопитающих.

Кора рептилий тоже кое-что прояснила в истории неокортекса млекопитающих: тормозные нейроны, например, экспрессируют подобные наборы генов у рептилий и млекопитающих, что указывает на общую родословную. Однако возбуждающие нейроны существенно различаются. Из этого можно заключить, что неокортекс млекопитающих – своеобразное сборище древних и новых типов нейронов. И основная «инновация» шестислойного неокортекса заключается в появлении новых и разнообразных типов возбуждающих нейронов.

Исследователи сообщают, их работа — это только начало большого пути. Глубокое исследование молекулярных сходств и различий может помочь проследить детальную эволюцию мозга.


Текст: Дарья Тюльганова

Evolution of pallium, hippocampus, and cortical cell types revealed by single-cell transcriptomics in reptiles

Maria Antonietta Tosches, Tracy M. Yamawaki, Robert K. Naumann, Ariel A. Jacobi, Georgi Tushev, 

Gilles Laurent

Science  03 May 2018:
eaar4237
DOI: 10.1126/science.aar4237

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Неврологический вред прививки от вируса папилломы человека снова не доказан

Отзывы громких статей, посвящённых вреду прививок из солидных журналов, кажется, становятся доброй традицией. Уже давно была статья Эндрю Уэйкфилда о том, что прививки против кори краснухи и паротита из авторитетнейшего журнала The Lancet, а сегодня стало известно о том, что статья, которая была опубликована учеными из Токийского университета в Scientific Reports в ноябре 2016 года и утверждала, что вакцина против онкогенного вируса папилломы человека приводит к поражению центральной нервной системы в качестве побочного эффекта, отозвана из журнала.

Вирус папилломы человека


Оригинальная статья Murine hypothalamic destruction with vascular cell apoptosis subsequent to combinedadministration of human papilloma virus vaccine and pertussis toxin («Гипоталамическая деструкция мышей с апоптозом сосудистых клеток после комбинированного введения вакцины против вируса папилломы человека и коклюшного токсина»), утверждала, что введение Гардосила мышам приводила к деградации гипоталамуса и циркумвентрикулярных органов головного мозга мыши (Циркумвентрикулярные органы — это несколько структур в головном мозге, расположенных по границам третьего желудочка и обеспечивающих связь между центральной нервной системой и кровеносной системой в области, где гемато-энцефалический барьер является наиболее проницаемым), а также к апоптозу (программируемой клеточной смерти) эндотелиальных клеток сосудов головного мозга. Страшно? Конечно, и естественно, о вреде прививки начали кричать антипрививочники. Однако, как выяснилось, авторы немного притянули результат за уши.

Как отмечали боровшиеся за отзыв статьи врачи и учёные, эксперимент не совсем соответствует декларируемым в статье выводам. Посудите сами: статья заявляет о вреде вакцины, а в эксперименте мышам не просто вводилась доза, во много раз выше той, что получают вакцинируемые девушки (конечно, в пересчете на массу тела), но еще и добавлялся токсин коклюша, который разрушает гематоэнцефалический барьер и открывает прямой доступ вакцине непосредственно в мозг. Неудивительно, что пострадали клетки сосудов (весьма возможно, что из-за токсина) и особенно циркумвентрикулярные органы мозга.

Поэтому статью исключили из журнала с формулировкой:

«Издатель отказывается от этой статьи, поскольку экспериментальный подход не соответствует целям исследования. Исследование было направлено на выяснение максимального влияния вакцины против вируса папилломы человека (ВПЧ) (Гардасил) на центральную нервную систему. Однако совместное введение коклюшного токсина с высоким уровнем вакцины против ВПЧ не является подходящим подходом для определения неврологического ущерба только от вакцины против ВПЧ. Авторы не согласны с опровержением (кто бы сомневался – прим. ред.)».

Так что после этого эпизода остается лишь один вопрос: как её приняли в журнал?


Текст: Алексей Паевский

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Картинка дня: что под черепом у древнего человека

Credit: Heather Garvin


Перед вами эндокран (мозговая полость) Homo naledi, одного из первых представителей рода Homo, жившего около 2 миллионов лет назад (вверху) и прорись кривых, показывающих видимые борозды. У Homo naledi были лобные доли, очень похожие на лобные доли современного человека, несмотря на небольшой размер.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.