Ученые обнаружили клеточную структуру плохо изученной визуальной области мозга

Аспирант Убада Саббаг поместил холодное предметное стекло на микроскоп. Было уже поздно, и в лаборатории было тихо. Он отрегулировал несколько параметров и провел по зрительному тракту, прежде чем увеличить таламус мозга. То, что он увидел, удивило его: две смежные полосы светящихся пятен, каждая из которых обозначает тело клетки.

На тот момент прошло два десятилетия с тех пор, как ученые сообщили, что небольшая область зрительного таламуса мозга имеет уникальные характеристики, которые отличают ее от близлежащих областей. Предыдущие исследования, проведенные другими исследователями, показали, что область, называемая вентральным латеральным коленчатым ядром, связана с нервными цепями, участвующими в регулировании циркадного ритма и настроения.

Но о сотовой архитектуре региона было известно немного – до сих пор.

В новом исследовании, опубликованном в Интернете на этой неделе в Journal of Neurochemistry , ученые Технологического института Вирджинии идентифицировали более 40 генов, экспрессируемых в vLGN, и обнаружили более полдюжины совершенно новых подтипов нейронов, каждый из которых экспрессирует уникальные молекулы и сгруппирован в плотно упакованные полосатые слои.

«Момент« вау »для меня наступил, когда Убада показал мне изображение двух подтипов клеток, совпадающих в соседних слоях, – сказал Майкл Фокс, старший автор исследования и профессор Института биомедицинских исследований Фралина в VTC. «Это поразило нас, потому что когда мы видим многослойные группы нейронов, это обычно означает, что область мозга разделяет различные типы информации. Теперь у нас есть более точный набор инструментов, который помогает нам понять, какие именно типы клеток в vLGN делают».

У мышей vLGN охватывает всего несколько сотен микрометров и получает сигналы от глаза через зрительный нерв. Но в отличие от некоторых других зрительных областей мозга, это не связано с классическим формированием изображений.

Изначально нейробиологи изучали эту область мозга, разрушая ее клетки и документируя эффекты. Однако в процессе они также прервали коллатеральные цепи мозга. Это привело к значительным изменениям в поведении и затруднило определение эффектов, связанных с vLGN. С тех пор исследователи разработали более точные, менее инвазивные генетические инструменты, которые позволяют им видеть, что происходит, когда активность определенного типа клеток включается или выключается.

Фокс хотел применить эти современные методы, чтобы понять функцию vLGN и нисходящие соединения, но сначала ему нужно было определить, какие типы ячеек использовать. Саббаг, в то время аспирант второго курса магистерской программы по трансляционной биологии, медицине и здоровью Технологического института Вирджинии, задумал разработать атлас, описывающий клеточную структуру vLGN, в рамках своей докторской диссертации.

Вскоре они обнаружили первый ключ к разгадке того, что vLGN может быть организован по типу клеток в сегрегированных слоях, что исследователи описали в исследовании 2018 года.

В этом исследовании команда Фокса выявила два типа специализированных решетчатых структур, называемых перинейрональными сетями, которые обвивают различные типы тормозных нейронов. Когда ученые окрашивали эти перинейрональные сети, они обнаружили, что разные популяции нейронов, покрытые этими сетями, были распределены в виде отдельных полос по vLGN.

«Это был наш первый намек на то, что могут быть слои, но нам все еще нужно было идентифицировать больше типов ячеек, чтобы увидеть, совпадают ли они также в неперекрывающихся доменах», – сказал Фокс.

В течение следующего года Саббаг протестировал около 70 различных рибозондов, чтобы составить карту сотового ландшафта vLGN. Рибозонды – это сегменты рибонуклеиновых кислот (РНК), которые связываются с комплементарными сегментами РНК.

Ученые добавляют к зонду гены флуоресценции, заимствованные у других организмов и вирусов, поэтому, когда сегмент РНК встречается с соответствующей последовательностью, молекулы-мишени загораются. Исследователи объединили эти инструменты для визуализации клеток, продуцирующих определенные генетические молекулы в vLGN, причем каждая молекула светится под микроскопом разным цветом.

Этот метод выявил на сканированных изображениях отчетливые слои, но ученые хотели убедиться в этом. Саббаг написал компьютерную программу для сканирования изображений vLGN и измерения сигналов зондов, которая подтвердила их результаты и показала отдельные слои.

Но оставался вопрос: откуда эти клетки получали информацию?

Исследователи использовали неопасный инструмент отслеживания вирусов, чтобы определить, какие нейроны в vLGN взаимодействуют с нейронами, выстилающими сетчатку глаза. Вирус прошел через месяц на несколько миллиметров между сетчаткой и таламусом, но ожидание того стоило.

Вирус показал, что клетки в каждом из основных слоев vLGN получали прямые визуальные сигналы от нейронов сетчатки глаза. Затем сотрудники Университета Луисвилля проанализировали коммуникационные свойства этих соединений. Вместе эти идеи помогают описать, как визуальная информация обрабатывается в vLGN.

«Это захватывающая находка. У нас еще есть над чем поработать, чтобы заполнить пробелы, но я ожидаю, что мы найдем больше типов клеток и, возможно, даже больше слоев, поскольку мы продолжаем находить больше биомаркеров», – сказал Фокс, который также Профессор Технологического колледжа Вирджинии, недавно был назначен директором Школы нейробиологии этого колледжа.

Его команда начала анализировать экспрессию генов в отдельных клетках , используя процесс, называемый секвенированием одноклеточной РНК. Фокс говорит, что как только они узнают больше о конкретных типах клеток, они смогут отслеживать цепи и начать обнаруживать, как нейроны vLGN взаимодействуют с другими областями мозга.

«Мы подозреваем, что vLGN выполняет множество функций, включая регулирование настроения, но теперь мы сможем с большей точностью проанализировать, как конкретные типы клеток способствуют этим функциям», – сказал Саббаг, который недавно был награжден шестилетним стипендиатом Национальных институтов США на сумму 390 000 долларов США. Награда за здоровье за ​​поддержку его исследований.

Это исследование также поднимает вопросы об эволюции мозга и сравнительной биологии. По мере того как млекопитающие эволюционировали в более крупные виды, их vLGN уменьшались по сравнению с остальной частью зрительного таламуса. Раскрывая сложную архитектуру vLGN на мышах, Фокс надеется пролить свет на то, как эти генетические инструкции могут переходить в другие виды.

услуги нутрициологаАвтор сайта и статей: Наталья Степанова, нутрициолог-психолог, консультант по питанию и коррекции веса. Подробнее обо мне

Я в соц. сетях: Vk, Instagram.

Рейтинг
Еще статьи нутрициолога:
Adblock
detector