Коллектив ученых из Лаборатории молекулярных основ эмбриогенеза ИБХ РАН, под руководством д.б.н., профессора Андрея Зарайского открыл новый сигнальный механизм, регулирующий ранее развитие мозга у позвоночных. Обстоятельная статья об этом опубликована в журнале Biology Open, кратко ее содержание пересказывает сайт «Открытая Наука».
На самых ранних стадиях развития эмбриона любого позвоночного животного, от рыбы до человека, зачаток его нервной системы представляет собой тонкую пластину из клеток эктодермы — внутреннего зародышевого лепестка. Затем эта пластинка сворачивается в нервную трубку, из передней части которой развивается головной мозг, а из остальных частей — спинной. Российским ученым удалось разобраться в механике первых стадий этого процесса.
В немного упрощенном виде она работает так. Клетки переднего края нервной пластинки выделяют особый фермент — малую ГТФазу Ras-dva1, которая в качестве химического сигнала передается к клеткам головной эктодермы, окружающей нервную пластинку. В этих клетках фермент-сигнал активирует гены семейства Agr, которые кодируют выработку белков, стимулирующих выделение вещества-регулятора раннего развития переднего мозга — транскрипционного фактора FoxG1. Одновременно те же белки запускают рост фибробластов — клеток соединительной ткани, которые также играют немаловажную роль в развитии мозга.
Описанный механизм был открыт в результате опытов на шпорцевых лягушках, удобных тем, что их эмбрион имеет сравнительно большой размер (до 1 мм) и развивается вне тела матери (в икринке). Всю цепочку задействованных в сигнальном механизме взаимодействий ферментов, белков и генов ученые разобрали на составляющие «звенья» и в опытах отключали то одно, то другое из них. Результатом каждый раз становилось нарушение в развитии головного мозга лягушек.
Удивительно то, что тот же самый сигнальный механизм Agr/Ras-dva у самых примитивных позвоночных животных, а именно рыб и амфибий, регулирует регенерацию утраченных конечностей — соответственно, плавников и лап. (У более эволюционно продвинутых классов позвоночных, таких, как млекопитающие, регенерация столь крупных частей тела невозможна.) Неожиданная связь между ранним развитием мозга и регенерацией чрезвычайно интересна: возможно, ее изучение поможет пролить свет на многие важные биологические механизмы.
Напомним, что всего несколько дней назад стало известно о другом интереснейшем открытии, связанном с развитием мозга: оказалось, что зрительная кора даже у незрячих от рождения людей развивается в целом нормально. Возможно, благодаря этому таким людям все же можно подарить зрение.
