Учёные Стэнфордского университета выяснили, что мозг человека развивается как два разных органа
Мозг мы по привычке считаем единым органом. Новое исследование Стэнфордского университета говорит другое: под черепом соседствуют две древние нервные системы, которые развивались отдельно друг от друга сотни миллионов лет. Десятилетиями в биологии развития держалась простая и удобная схема. Считалось, что вся будущая нервная ткань головы вырастает из одной клетки-предшественницы. Она делится, потомки расходятся по разным отделам — и так постепенно собирается мозг. Новая работа эту схему разрушает. Передняя часть мозга и задняя, как оказалось, берут начало от совершенно разных клеток. Причём пути расходятся не на середине дороги, а буквально в первые дни существования зародыша.
Проще всего представить себе это так: эволюция когда-то взяла две готовые нервные системы и сдвинула их вплотную. У взрослого человека мозг делят на три отдела — передний, средний и задний. Передний отвечает за то, чем мы привыкли гордиться: речь, сознание, отвлечённое мышление. Задний, который лежит у основания черепа и известен как ствол, занят вещами куда более приземлёнными и куда более важными. Он держит дыхание, сон, сердечный ритм и чувство голода. Его же нейроны управляют мышцами лица, языка и горла, а значит, отвечают за речь и глотание. И вот именно с этим отделом у лабораторий долгие годы ничего не выходило.
Вырастить человеческие нейроны ствола в чашке Петри не получалось десятилетиями. Из-за этого буксовало изучение сразу нескольких тяжёлых болезней. Спинальная мышечная атрофия остаётся ведущей наследственной причиной смерти детей первого года жизни. Боковой амиотрофический склероз, известный ещё как болезнь Лу Герига, обычно находят у людей от сорока до семидесяти лет, и он бьёт и по переднему мозгу, и по заднему. В обоих случаях часть нейронов ствола постепенно перестаёт работать. Человек теряет способность глотать, пища и жидкость попадают в лёгкие, начинается воспаление. В финале пропадает и способность дышать.
Из простого начала возникло и продолжает возникать бесконечное множество прекрасных форм.
Чарльз Дарвин
Разгадка пришла из самых ранних этапов развития зародыша — со стадии, когда тело только начинает обретать очертания. Исследователи смотрели на эмбрионы мышей и нашли там две разные клетки-предшественницы. Одна включает ген с названием Otx2 и становится передним и средним мозгом. Вторая работает с геном Gbx2 и превращается в задний. Самое интересное, что эти две группы клеток не пересекаются вообще. Они взаимно исключают друг друга с самого начала. Дальше учёные проверили, как в этих клетках упакован наследственный материал. Упаковка решает, какие гены доступны для работы, а какие убраны подальше, и у двух групп она оказалась устроена принципиально по-разному. Каждая клетка была заранее заперта в своей судьбе — как поезда на параллельных путях, которые никогда не сойдутся. Отсюда и многолетние неудачи. Лаборатории пытались уговорить предшественников переднего мозга стать клетками заднего, а это в принципе невозможно.
Зная это, исследователи наконец подошли к задаче с другой стороны. Они взяли человеческие плюрипотентные стволовые клетки — те, из которых теоретически можно получить любую ткань тела, — и впервые довели их до рабочих двигательных нейронов заднего мозга. Полученные клетки вели себя как настоящие. По ним пробегали волны электрической активности, и они производили белки, характерные для тех участков ствола, что управляют мышцами лица и глотанием. Раньше ткань ствола у живого пациента взять было попросту неоткуда. Теперь такой материал можно выращивать.
Потом авторы работы заглянули в прошлое на пятьсот пятьдесят миллионов лет. Ту же картину с двумя источниками они увидели у кур, у рыбок данио и — что удивительнее всего — у кишечнодышащих червей, мелких обитателей морского дна, с которыми у нас очень далёкий общий предок. А медузы, чьи предки разошлись с нашими примерно шестьсот-семьсот миллионов лет назад, и сейчас несут две нервные системы на разных концах тела. Получается, схема старше самого понятия головы. Единый орган, наверное, работал бы экономнее, но природа так и не переписала старый чертёж.
Есть у этой истории и неожиданный поворот в сторону совсем других лекарств. В стволе мозга лежат цепочки нейронов, которые регулируют голод, — именно на них действует семаглутид и похожие препараты для снижения веса. Дальше команда собирается выяснить, откуда берёт начало спинной мозг, и понять, как именно спинальная мышечная атрофия и боковой амиотрофический склероз нарушают работу нейронов ствола.
