نقش نوروژنز و تکامل عصبی بر جنین

به گزارش واحد ژنتیک پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، اگر بیماری فراموشی اثر خود را بر روی جنین بگذارد، چه نتیجه ای خواهد داشت؟ خدیجه شعبانی و همکارانش از تیم توسعه مغز به رهبری باسم حسن (اینسرم) در موسسه مغز پاریس نشان می دهند که پروتئین پیش ساز آمیلوئید (APP) نقش بیولوژیکی خاصی در طول تکامل عصبی دارد. شروع نوروژنز، یعنی تمایز سلول های بنیادی به دودمان های مختلف سلول های عصبی را به تاخیر می اندازد. اختلالات ظریف این مکانیسم می تواند در برخی افراد آسیب پذیری هایی ایجاد کند که تنها در بزرگسالی پس از دهه ها استرس بیولوژیکی آشکار می شوند. سپس بیماری فراموشی را می توان یک اختلال عصبی رشدی با شروع دیررس در نظر گرفت.

در قشر مغز، نوروژنز، تشکیل سلول های عصبی از سلول های بنیادی، در جنین از هفته پنجم بارداری شروع می شود و تقریباً تا هفته 28 کامل می شود. این یک فرآیند پیچیده با مکانیسم های دقیق تنظیم شده است. خدیجه شعبانی، محقق فوق دکترا در موسسه مغز پاریس، توضیح می دهد که در انسان، نوروژنز در مقایسه با گونه های دیگر به خصوص طولانی است. سلول های بنیادی عصبی برای مدت طولانی در حالت اولیه باقی می مانند. فقط بعداً به سلول های گلیال، آستروسیت ها یا الیگودندروسیت ها تمایز می یابند که ساختار مغز و نخاع را تشکیل می دهند. تا به حال، محققان نمی دانستند که چگونه این تعادل بین تکثیر سلول های بنیادی و تمایز به چندین نوع سلول تنظیم می شود. مهمتر از همه، آنها نادیده گرفتند که آیا طول بسیار طولانی نوروژنز انسانی می تواند راه را برای آسیب پذیری های خاص گونه انسان، مانند بیماری های تخریب کننده عصبی، هموار کند یا خیر.

APP، هادی تولید نورون

حسن معتقد است که این یک هدف تحقیقاتی هیجان انگیز است زیرا تکه تکه شدن آن پپتیدهای آمیلوئید معروف را تولید می کند، که تجمع سمی آنها با مرگ نورونی مشاهده شده در بیماری فراموشی مرتبط است. بنابراین، APP ممکن است نقش اصلی را در مراحل اولیه بیماری ایفا کند. در بسیاری از گونه ها، APP در فرآیندهای بیولوژیکی مختلف، مانند ترمیم ضایعات مغزی، هماهنگ کردن پاسخ سلولی پس از محرومیت از اکسیژن، یا کنترل انعطاف پذیری مغز نقش دارد. این به شدت در طول تمایز و مهاجرت نورون های قشر مغز بیان می شود، که نقش اساسی در نوروژنز را نشان می دهد. برای ردیابی بیان APP در طول رشد مغز انسان، محققان از داده های توالی سلولی به دست آمده از جنین در هفته ده و سپس هفته 18 بارداری استفاده کردند. آنها مشاهده کردند که پروتئین ابتدا در شش نوع سلولی و سپس چند هفته بعد در کمتر از 16 نوع سلولی بیان شد. آنها سپس از تکنیک قیچی ژنتیکی CRISPR-Cas9 برای تولید سلول های بنیادی عصبی استفاده کردند که APP در آنها بیان نشده بود. آنها سپس این سلول های اصلاح شده ژنتیکی را با سلول های به دست آمده در داخل بدن مقایسه کردند. شعبانی توضیح می دهد که این مقایسه داده های ارزشمندی را در اختیار محققان قرار داد. مشاهده شد که در غیاب APP، سلول های بنیادی عصبی نورون های بیشتری را با سرعت بیشتری تولید می کنند و تمایل کمتری به تکثیر در حالت سلول های پیش ساز داشتند. به طور خاص، تیم نشان داد که APP در دو مکانیسم ژنتیکی دقیق تر نقش دارد: از یک سو، سیگنال دهی متعارف WNT، که تکثیر سلول های بنیادی را کنترل می کند، و فعال سازی AP-1، که باعث تولید نورون های جدید می شود. APP با عمل بر روی این دو اهرم قادر به تنظیم زمان نوروژنز است.

نوروژنز انسانی

مغز انسان نیاز به تولید مقادیر زیادی نورون در یک دوره بسیار طولانی و طبق یک برنامه مشخص دارد. ناهنجاری های مرتبط با APP می توانند باعث نوروژنز زودرس و استرس سلولی قابل توجهی شوند که پیامدهای آن بعداً قابل مشاهده خواهد بود.. علاوه بر این، نواحی مغزی که علائم اولیه بیماری آلزایمر در آنها ظاهر می شود نیز در دوران کودکی و نوجوانی طولانی ترین زمان برای بلوغ دارند. اگر زمان عصب زایی انسان مستقیماً با مکانیسم های تخریب عصبی مرتبط باشد، اگرچه بیماری های تخریب کننده عصبی عموماً در سنین 40 تا 60 سالگی تشخیص داده می شوند، محققان بر این باورند که علائم بالینی چندین دهه پس از شروع کاهش برخی اتصالات عصبی ظاهر می شوند. این از دست دادن اتصال ممکن است خود منعکس کننده ناهنجاری هایی در مقیاس مولکولی باشد که از دوران کودکی یا حتی قبل از آن وجود دارد.

برای تأیید اینکه APP نقش اصلی را در اختلالات رشد عصبی ایفا می کند که راه را برای بیماری فراموشی هموار می کند، به مطالعات بیشتری نیاز است. در این صورت، این اختلالات منجر به تشکیل مغزی می شود که در بدو تولد به طور طبیعی عمل می کند، اما به ویژه در برابر برخی رویدادهای بیولوژیکی - مانند التهاب، سمیت تحریکی یا جهش های جسمی و برخی عوامل محیطی مانند رژیم غذایی نامناسب، کمبود خواب آسیب پذیر است. این محقق اضافه می کند، عفونت ها و غیره. با گذشت زمان، این استرس های مختلف می توانند منجر به تخریب عصبی شوند، پدیده ای خاص برای گونه های انسانی و به ویژه با افزایش امید به زندگی قابل مشاهده است.