Doğuşdan əvvəl insan beyni çoxsaylı hüceyrə seçimləri vasitəsilə formalaşır. Bu prosesin mərkəzində insan beynini fərqləndirən bir çox xüsusiyyətlərin yaranmasına kömək edən xüsusi bir kök hüceyrə növü olan radial qliya yerləşir.

Bu hüceyrələr beyin qabığını, yəni düşüncə, yaddaş və dildə iştirak edən beyin bölgəsini təşkil edən çox sayda neyron və dəstəkləyici hüceyrə istehsal edir. Radial qlianın da insan qabığının digər növlərlə müqayisədə qeyri-adi dərəcədə genişlənməsinə töhfə verdiyinə inanılır. Əksəriyyəti doğuşdan əvvəl yox olsa da, oxşar hüceyrələr sonradan beyin xərçənglərində yenidən görünə bilər, çünki elm adamları hələ də tam başa düşmürlər.

UCLA-dakı David Geffen Tibb Məktəbinin bioloji kimya üzrə dosenti Aparna Bhaduri bildirib ki, “Radial glia indiyə qədər mövcud olan ən maraqlı hüceyrələrdir. Onlar bizi insan etmək üçün həqiqətən vacibdir. Lakin onlar həm də bir çox neyroinkişaf və neyropsixiatrik xəstəliklərin, eləcə də xərçəngin mərkəzindədirlər – buna görə də onların qərarlarını necə verdiklərini anlamaq, bu vəziyyətlərin necə yarandığını anlamağa başlamağın bir yoludur.”

“Cell and Science” jurnalında dərc olunmuş iki yeni tədqiqat radial qlianın bu inkişaf seçimlərini necə etdiyinə daha yaxından nəzər salmağa imkan verir. Bhaduri və həmkarları hüceyrələrin iki çox fərqli məlumata reaksiya verdiyini aşkar etdilər: qida maddələrini necə emal etmələri və inkişaf edən beynin başqa bir hissəsindən gələn fiziki siqnalları necə yönləndirmələri. Birlikdə, bu tapıntılar insan korteksinin özünəməxsus hüceyrə növlərinin müxtəlifliyini necə yaratdığına dair yeni bir fikir təqdim edir.

Metabolizm beyin kök hüceyrələrini istiqamətləndirməyə kömək edir

Hüceyrə tədqiqatında tədqiqatçılar inkişaf edən insan korteksində maddələr mübadiləsinin ətraflı xəritəsini tərtib etdilər. Layihə Bhadurinin laboratoriyası ilə Heather Christofkın laboratoriyası arasında əməkdaşlıq idi və həmmüəlliflər Jessenya Mil və Jose Soto tərəfindən idarə olunurdu.

Atlası yaratmaq üçün komanda donor insan toxumasını kök hüceyrələrindən yetişdirilən beyin orqanoidləri ilə birlikdə təhlil etdi. Nəticələri gözlənilməz bir nəticəyə işarə etdi: maddələr mübadiləsi sadəcə arxa planda beyin inkişafını dəstəkləmir. O, hansı növ hüceyrələrin istehsal olunduğuna aktiv şəkildə təsir göstərə bilər.

Tədqiqatçılar radial qlianın sürətlə bölünən hüceyrələr üçün lazım olan materialları hazırlamaq üçün qlükozadan istifadə edən metabolik bir proses olan pentoza fosfat yolundan çox asılı olduğunu aşkar etdilər.

Alimlər mövcud qlükoza miqdarını azaltdıqda və ya bu yola müdaxilə etdikdə, kök hüceyrələr istehsal etdiklərini dəyişdirdilər. Onlar daha çox inhibitor neyronlar və adətən inkişafın sonrakı mərhələlərində görünən digər hüceyrə növləri yaratmağa başladılar.

UCLA Geniş Kök Hüceyrə Tədqiqat Mərkəzinin və UCLA Health Jonsson Kompleks Xərçəng Mərkəzinin üzvü Bhaduri bildirib ki, “Təəccüblü olan odur ki, maddələr mübadiləsi sadəcə arxa planda baş verən passiv bir şey deyil. Bu, kök hüceyrələrin necə qərar qəbul etdiyini həqiqətən idarə edə bilər.”

Nəticələr alimlərə ananın qidalanmasının, metabolik pozğunluqların və digər ətraf mühit təsirlərinin inkişaf edən beyinə necə təsir etdiyini araşdırmağa kömək edə bilər. Metabolik atlas həmçinin insan beyninin inkişafı zamanı maddələr mübadiləsini öyrənən tədqiqatçılar üçün indiyə qədər ən ətraflı mənbələrdən birini təqdim edir.

Talamusdan tez bir zamanda bir siqnal gəlir

Science jurnalında dərc olunan və ilk müəllif Klaudia Nquyenin rəhbərlik etdiyi ikinci tədqiqatda inkişaf məlumatlarının tamamilə fərqli bir mənbəyi araşdırılıb. Bu dəfə tədqiqatçılar beynin dərinliyində yerləşən və sinir sistemi boyunca məlumat ötürməyə kömək edən talamusdan gələn siqnallara diqqət yetiriblər.

Alimlər illərdir talamusdakı neyronların korteksə doğru uzun proyeksiyalar göndərdiyini bilirlər. Bu tel kimi liflər nəticədə spesifik kortikal neyronlarla əlaqə yaradır. Lakin anatomik tədqiqatlar göstərir ki, insanlarda proyeksiyalar bu son əlaqələr qurulmazdan çox əvvəl korteksə çatır.

Bu, vacib bir sual doğurdu: Liflər niyə bu qədər tez gəlir?

UCLA tədqiqatçıları insan kök hüceyrələrindən əldə edilən beyin “assembloidlərindən” istifadə edərək cavabın bir hissəsini tapdılar. Beyin hələ inkişaf edərkən talamus proyeksiyaları fiziki olaraq radial gliyaya toxunur.

Bu təmas kök hüceyrələrinin davranışını dəyişdirdi. Bu, onların korteksdəki əsas siqnal daşıyıcı neyronlar olan daha çox həyəcanverici neyron istehsal etməsinə səbəb oldu. Təsir, xüsusən də insan beynində genişlənən yuxarı təbəqə neyronları üçün güclü idi.

Bhaduri deyib: “Biz artıq bilirdik ki, bu proyeksiyalar korteksin necə inkişaf etdiyinə təsir edir. Xüsusilə aşkar etdiyimiz odur ki, bu təsir proyeksiyalarla radial qliya arasında faktiki fiziki əlaqə vasitəsilə gəlir – bu, əvvəllər müəyyən edilməmiş və çox güman ki, gəmiricilərdə mövcud olmayan bir təmas nöqtəsidir.”

Autizmlə əlaqəli bir gen ortaya çıxır

Tədqiqatçılar bu fiziki qarşılıqlı təsiri neyronların bir-biri ilə əlaqə yaratmasına kömək etməsi ilə tanınan NRXN1 geninə bağladılar. NRXN1-dəki mutasiyalar əvvəllər autizm spektr pozğunluğu ilə əlaqələndirilmişdir.

Onun rolunu araşdırmaq üçün komanda NRXN1 mutasiyasını daşıyan xəstədən əldə edilən hüceyrələrdən assembloidlər yaratdı. Bu modellərdə dəyişdirilmiş talamus siqnalları təsirlənməmiş hüceyrələr tərəfindən verilən siqnallardan fərqli davranırdı.

Bu dəyişikliklər kök hüceyrələrinin sayı ilə onların yaratdığı neyronlar arasındakı tarazlığı dəyişdirdi. Nəticə tədqiqatçılara beyin inkişafının erkən mərhələlərindəki pozğunluqların korteksin əmələ gəlməsinə necə təsir edə biləcəyini öyrənmək üçün mümkün bir yol təqdim edir.

İnkişaf edən beyin daim ünsiyyətdədir

Hər iki tədqiqat çox fərqli mexanizmlərə yönəlsə də, eyni daha geniş ideyaya işarə edir. Biri maddələr mübadiləsini, digəri isə neyron əlaqələrini araşdırdı, lakin hər ikisi göstərdi ki, radial qliya qərarlarını təcrid olunmuş şəkildə vermir. Onların davranışları ətraf mühitdən gələn siqnallar tərəfindən davamlı olaraq formalaşır.

Tədqiqatlar həmçinin orqanoid texnologiyasının insan beyninin inkişafının öyrənilməsini nə qədər kəskin şəkildə dəyişdirdiyini nümayiş etdirir. Təxminən on il əvvəl alimlərin insan sinir kök hüceyrələrinin necə unikal şəkildə davrandığını birbaşa araşdırmaq üçün praktik yolları az idi.

Bu gün beyin orqanoidləri və əlaqəli modellər tədqiqatçılara insan beyninin inkişafının vacib xüsusiyyətlərini laboratoriya şəraitində yenidən yaratmağa imkan verir. Bu sistemlər həmçinin yalnız heyvan modelləri vasitəsilə həll edilə bilməyən sualları sınaqdan keçirməyə imkan verir.

Bhaduri ümid edir ki, tapıntılar alimləri metabolizmə və fiziki hüceyrə əlaqələrini fon prosesləri kimi deyil, inkişafın aktiv hərəkətverici qüvvələri kimi görməyə təşviq edəcək.

“Nəticə etibarilə, bu tədqiqatlar bizə bu hüceyrələrin necə qərar qəbul etdiyinə dair bir fikir verir”, – deyə o bildirib. “Bu qərarları anlamaq normal beyin inkişafını, xəstəlik həssaslığını və potensial olaraq oxşar kök hüceyrə proqramlarının beyin xərçəngində necə işlədiyini anlamaq üçün ilk addımdır.”

Bu tədqiqat Milli Səhiyyə İnstitutları, Milli Elm Fondu, Beyin və Davranış Tədqiqatları Fondu, Alfred P. Sloan Fondu, Rouz Hills Fondu, Esther A. və Joseph Klingenstein Fondu, Simons Fondu, Chan Zuckerberg Təşəbbüsü, NIH BRAIN Təşəbbüsü Hüceyrə Atlası Şəbəkəsi, Beynəlxalq Etik Tədqiqatlar Fondu, UCLA Geniş Kök Hüceyrə Tədqiqatları Mərkəzinin Kök Hüceyrə Tədqiqatları Təlim Proqramı və UCLA Health Jonsson Hərtərəfli Xərçəng Mərkəzi və UCLA Geniş Kök Hüceyrə Tədqiqatları Mərkəzinin Ablon Təqaüdçüləri Proqramı tərəfindən dəstəklənib.