Genetik

Genler ve Epigenetik Beyin Katlanmasını Nasıl Şekillendiriyor?

Özet: Yeni bir çalışma, epigenetik işaretlerin ve Cux2 proteininin beyin katlanmasını nasıl etkilediğini ortaya çıkardı. Çalışma, H3K27ac ve Cux2 epigenetik işaretinin serebral korteksin girus ve sulkuslarını oluşturmada anahtar rol oynadığını ortaya koyuyor.

Bu bulgular beyin gelişimi konusundaki anlayışımızı geliştiriyor ve beyin malformasyonlarına yönelik tedaviler konusunda bilgi sağlayabilir. Araştırma, sinir sisteminin karmaşıklığının ve epigenetiğin beyin yapısındaki önemli rolünün altını çiziyor.

Ana unsurlar:

  1. Epigenetik işaret H3K27ac ve Cux2 proteini beyin katlanması için çok önemlidir.
  2. Cux2, düz beyinli hayvanlarda bile beyin kıvrımlanma düzenini değiştirebiliyor.
  3. Bulgular, katlanma kusurlarıyla bağlantılı beyin malformasyonlarının tedavisine ilişkin bilgiler sunmaktadır.

Kaynak: UMH

Beyin katlanmasını etkileyen genetik ve epigenetik faktörlerin belirlenmesi, İspanyol Ulusal Araştırmaları’nın ortak merkezi olan Sinir Bilimleri Enstitüsü’nden (IN) araştırmacı Víctor Borrell’in yönettiği, Nörojenez ve Kortikal Genişleme laboratuvarının ortak liderliğinde yürütülen son çalışmanın amacıdır. Konseyi ve Elche Miguel Hernández Üniversitesi (UMH) ve Queen’s Belfast Üniversitesi’ndeki (İngiltere) Wellcome-Wolfson Deneysel Tıp Enstitüsü’nden araştırmacı Vijay K. Tiwari liderliğindeki laboratuvar.

Bu çalışma dergide yayınlanmıştır. Bilim Gelişmeleriepigenetik işaretlerin serebral korteks kıvrımlarını oluşturan talimatlarda anahtar mekanizma olduğunu ve Cux2 proteininin bu süreçte belirleyici rol oynadığını göstermiştir.

Borrell’in ekibi, kıvrımların henüz oluşmaya başlamadığı embriyonik gelişim aşamasında beyinde girus ve sulkusların nerede üretileceğini genetik düzeyde belirleyen bir protomap geliştirmişti.

Bu bir beyin kesitini gösteriyor.
Cux2 proteininin aracılık ettiği değiştirilmiş katlama modelini (solda) gösteren gelincik beyninin görüntüsü. Kredi bilgileri: Instituto de Neurociencias UMH-CSIC

“İlk başta korteks pürüzsüz, ancak çok büyüyecek bir alan var ve büyüdükçe girus oluşturacak. Bu arada, onun yanındaki diğer alanlar da daha az büyüyecek ve çökük kalacak, bir sulkus oluşturacak” diye açıklıyor araştırmacı ve ekliyor: “Bunun nedeni, gelişmekte olan embriyonun korteksinde ifade edilen binlerce genin olmasıdır. Ancak yine de her alanda aynı miktarda ifade edilmiyor”.

Epigenetik ve epigenomik analizlerde uzman olan Tiwari’nin laboratuvarıyla yapılan işbirliği sayesinde, bu araştırmayı bir adım daha ileri götürüp serebral korteks hücrelerinin epigenetik manzarası olarak bilinen şeyi incelemeyi başardılar:

“Belirli bir konumdaki belirli bir genden çok daha fazlasını inceledik, ancak hücrelerdeki tüm DNA’ları ve bu genlerin davranışlarını belirleyen epigenetik modifikasyonlarını gözlemleyebildik. bu genlerin ifadesi” Borrell’in altını çiziyor.

Bu çalışmayı geliştirmek için araştırmacılar, gen ifadesini tahmin etme konusunda en büyük yeteneğe sahip gösterge olan H3K27ac epigenetik işaretine odaklandılar.

Ancak sonuçlar şaşırtıcıydı: “H3K27ac’ın mevcut olduğu birçok yerde gen ifadesinin oluşmadığını gözlemledik ve aynı zamanda tam tersi durumu da gözlemledik; epigenetik işaret mevcut olmadan ifade edilen genler vardı” diyor Lucía del Valle. Antón, makalenin ilk yazarlarından biri.

Uzmanlar bu bulgunun sinir sisteminin karmaşıklığının açık bir göstergesi olduğu konusunda hemfikir: “Epigenetik alanında, sinir sisteminin gelişimi sırasında bir istisna olduğunu ve geri kalanlarla aynı şekilde çalışmadığını öne süren kanıtlar buluyoruz. vücut dokularından. Hiç şüphe yok ki, eğitim için önümüzde uzun bir yol var ve bu heyecan verici bir mücadele,” diye vurguluyor Borrell.

Bu beklenmedik bulgu, onları H3K27ac işareti ile ifade arasında tesadüf olan genlerde neler olduğunu araştırmaya yöneltti. Bunu yapmak için, genlerin ne kadar ifade edildiğini doğrudan düzenleyen proteinlere, yani transkripsiyon faktörlerine odaklandılar. Özellikle Cux2 proteini, çünkü beyin gelişimine katkısı yaygın olarak biliniyor.

Cux2, bir ana faktör

Cux2, nöronal farklılaşma, dendrit büyümesi ve genel olarak nöronal devrelerin oluşumunda rol oynayan bir proteindir. Uzmanlar, bu faktörün beyin katlanması üzerindeki etkisini doğrulamak istediler ve bunu yapmak için, bu proteini kodlayan DNA’yı, gebelik sırasında embriyonun beynine yerleştirdiler.

Bu teknik sayesinde Cux2’nin katlanma modellerini değiştirebildiğini doğruladılar: “Farenin serebral korteksinde normalde pürüzsüz olan kıvrımlar oluşturabilir ve halihazırda kıvrımlara sahip olan gelincik durumunda protein tamamen değişebilir. yerleşik katlama modeli”, diye açıklıyor del Valle Antón.

Bu sonuçlar Cux2’nin katlanmadaki anahtar rolünü ortaya koyuyor: “Kıvrımların oluşması için birden fazla işlemin gerçekleşmesi gerektiğini biliyoruz ve bu çalışmayı gerçekleştirdikten sonra Cux2’nin epigenetik manzaradan yararlanabilecek bir ana faktör olduğunu belirledik. farklı görevleri yerine getiren binlerce genin ifadesine yol açan değişiklikleri yapmak. Tüm bunların birleşimi kıvrımların oluşmasını mümkün kılıyor” diye açıklıyor Borrell.

Tek hücre dizilimi yoluyla araştırmacılar, Cux2’nin hücrelerde girusları oluşturmak için neden olduğu değişiklikleri analiz edebildiler. Bir tür radyal glia hücresinin (nöron üretmekten sorumlu kök hücreler) var olduğunu doğruladılar; bu kök hücreler pratik olarak yok oluyor ve diğer radyal glia hücresi türlerinin daha büyük miktarlarda çoğalmasına izin veriyor.

Bu sadece nöronlara yol açan progenitör tipini değil, aynı zamanda takip ettikleri hücre soyunu da etkiler; bu da beyindeki girus ve sulkusların gelişiminde doğrudan rol oynar.

Katlanma, insan beyninin bir özelliğidir ve kusurlu olduğunda ciddi öğrenmeye ve zihinsel engellere yol açar. Bazen hastalarda girus eksikliği nedeniyle beyin malformasyonlarına neden olan genetik mutasyonlar olabilir. Bu bağlamda Borrell, temel araştırma yapmanın “bu hastalıkların ardındaki biyolojiyi anlamak için önemli olduğunu ve olası çözümleri bulmaya biraz daha yaklaşmamızı sağladığını” belirtiyor.

Finansman: Bu çalışma, Avrupa Birliği’nin Horizon Avrupa programı çerçevesinde Avrupa Araştırma Konseyi’nin (ERC), İspanya Devlet Araştırma Ajansı – İspanya Bilim, Yenilik ve Üniversiteler Bakanlığı’nın Generación de proje programları aracılığıyla sağladığı finansman sayesinde mümkün olmuştur. conocimiento, FPI ve Juan de la Cierva, Ar-Ge Mükemmeliyet Merkezleri için “Severo Ochoa” Programı, “La Caixa” Vakfı, Alman Araştırma Topluluğu (Deutsche Forschungsgemeinschaft), Novo Nordisk Vakfı ve Danimarka Ulusal Araştırma Vakfı ( DNRF).

Bu araştırma, amacı kortikal katlanmayı mekanik, hücre biyolojisi açısından incelemek olan ‘Beyin katlanmasında mekanik ve moleküler süreçler arasındaki dinamik etkileşimin ortaya çıkarılması’ (ERC-2023-SyG n°101118729) UNFOLD projesinin bir parçasıdır. ve genetik.

Bu genetik ve epigenetik araştırma haberleri hakkında

Soyut

Serebral korteks katlanmasının gen düzenleyici manzarası

Serebral korteksin katlanması, memeli beyin gelişimi ve evriminin önemli bir yönüdür ve kusurlar ciddi nörolojik bozukluklarla bağlantılıdır.

Birincil katlanma, kortikal germinal bölgelerde transkriptomik bir protomap tarafından önceden tanımlanmış oldukça kalıplaşmış modellerde meydana gelir. Bu katlama protomapının ortaya çıkışını yöneten gen düzenleyici ortam hala bilinmemektedir.

Gelincikteki muhtemel kıvrımlar ve çatlaklar boyunca gen ifadesinin uzay-zamansal dinamiklerini ve aktif epigenetik manzarayı (H3K27ac) karakterize ettik.

Sonuçlarımız, transkriptomik protomapın erken embriyonik aşamalarda ortaya çıkmaya başladığını ve hücre kaderi sinyal yollarını içerdiğini göstermektedir. H3K27ac manzarası, gelişimsel hücre kaderi kısıtlamasını ortaya koyuyor ve transkripsiyon faktörü de dahil olmak üzere bilinen gelişimsel düzenleyicileri devreye sokuyor Cux2.

Manipüle etmek Cux2 kortikal progenitörlerdeki ekspresyon, tek hücreli RNA dizileme analizlerinin ortaya çıkardığı seçici transkripsiyonel değişikliklerin neden olduğu, gelincikteki çoğalma ve katlanma düzenini değiştirdi.

Bulgularımız, serebral korteks katlanma modellerini tanımlamada epigenetik mekanizmaların önemli önemini vurgulamaktadır.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/cux2-cortical-folding-epigenetics-26303/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu