Pravděpodobně jste se na střední škole učili nové neuronynebo mozkové buňky se nenarodily během dospělosti. Že se zastaví během vašeho dětství. Skutečný obrázek byl komplikovanější: Vědci mezi sebou debatovali po dlouhou dobu, když se neurogeneze zastaví, i když většina z nich věřila, že je to v dospělosti možné.
A Nová studie v Věda Nyní slibuje, že tento prach znovu nakopne: uvedl důkaz nervových progenitorových buněk a mladých neuronů – které jsou mezilehlými stádii buněčného vývoje – v hippocampu, paměťovém centru dospělých lidských mozků.
Slib a kontrola
„Historicky byl mozek považován za negenerační orgán,“ řekl Prem Tripathi, vedoucí vědec, který studuje neurogenezi na CSIR-indickém institutu chemické biologie v Kalkatě. „V roce 1998 však průkopnická studie poskytla první přímý důkaz, že nové neurony by mohly být vytvořeny v hippocampu u dospělých, což naznačuje regenerační potenciál v mozku dospělých.“
Toto zjištění otevřelo dveře pro vzrušující možnosti regenerativních terapií, zejména u stárnoucích jedinců trpících neurodegenerativními chorobami, jako jsou Alzheimerovy choroby, Parkinsonovy a další demence.
Slib regenerativních terapií však také přinesl vědeckou kontrolu. Studie z roku 1998 použila vzorky mozku u jedinců trpících rakovinami mozku, což přimělo odborníky k otázce, zda se neurony v dospělosti rodí kvůli nádorům.
„Druhou kritikou bylo, že to ukázali v malé velikosti vzorku, pouze u pěti jedinců,“ řekl Navneet Vasistha, docent, který studuje neurogenezi na University of Copenhagen.
I když pochybnosti přetrvávaly o tom, zda došlo k neurogenezi v hippocampu pro dospělé, mnoho výzkumných skupin ukázalo, že k neurogenezi došlo v mozcích dospělých myší, potkanů a dokonce i opic.
„Důležité je, že tyto studie identifikovaly několik kritických funkcí neuronů narozených dospělým v hippocampu,“ řekl Hiyaa Ghosh, docent neurobiologie v Národním centru pro biologické vědy, Bengaluru. To zahrnovalo „schopnost rozlišovat mezi velmi podobnými kontexty, schopnost přepisovat vzpomínky a odolnost proti stresu.“
Všechny tyto procesy jsou zprostředkovány nervovými obvody v dentate gyrus hippocampu, což je místo, kde se předpokládá, že nové neurony jsou neustále generovány po celý život.
Důkazy o neurogenezi dospělých v lidských mozcích však byly nekonzistentní. Jedna studie ze skupiny na University of California v San Franciscu zjistila, že zatímco nové neurony se narodily v kojeneckém hippocampu, jejich počet během prvního roku života prudce klesal. Jiná skupina replikovala tato zjištění nezávisle a podpořila půjčování myšlenky, že se neurogeneze po dětství zastaví.
Při rozlišení s jedním buňkami
Uprostřed této morálky konfliktních studií poskytuje nová studie-od vědců z Karolinska Institutet ve Stockholmu-další důkaz pro neurogenezi dospělých pomocí moderních metod sekvenování a strojového učení.
Vědci izolovali více než 4,00 000 neuronů z hippocampální oblasti postmortálních vzorků mozku z (zesnulých) jedinců ve věku méně než rok až 78 let. Poté je analyzovali pomocí techniky zvané jednotlivé jádro RNA sekvenování, která poskytuje téměř kompletní podpis genů, které jsou exprimovány (nebo zapnuty) v každé buňce.
To umožnilo týmu monitorovat stovky markerů v buňkách současně, včetně těch specifických pro buňky, které se pravidelně dělí. Vyškolili algoritmus strojového učení, aby tyto markery rozpoznali pomocí dat sekvenování RNA z hippocampálních vzorků mladších než pět let, kdy je neurogeneze dobře zdokumentována.
„Z myších modelů víme, že obvykle existují kmenové buňky, které se každou chvíli aktivují, proliferují, aby produkovaly více mezilehlých progenitorů, které se také rozsáhle dělí,“ řekl Iout Dumitru, jeden z prvních autorů studie a výzkumný specialista v Karolinska, řekl. „Ti, kteří přežijí, se stanou tím, čemu říkáme neuroblasty – velmi mladé neurony.“
Ve studii byl tým schopen identifikovat všechny tři typy meziproduktů neuronálních stadií – nervové kmenové buňky, nervové progenitory a neuroblasty – pomocí algoritmu strojového učení i ve vzorcích dospívajících a dospělých mozků.
„Jednou z klíčových silných stránek této studie je kombinace transkriptomiky s prostorovou lokalizací,“ řekl Tripathi.
Autoři také používali pokročilé techniky zvané RNAscope a Xenium, aby dvojnásobně potvrdili, že podpisy RNA patřily k progenitorovým buňkám v dentate gyrus.
Ghosh dodal, že „zahrnutí širokého věkového rozmezí také posílilo jejich pozorování, což prokazuje, že nervové progenitorové buňky mohou být detekovány během lidské životnosti“.
Tripathi i Ghosh také souhlasili s tím, že podobnosti podpisového podpisu RNA mezi lidskými a hlodavými progenitory podporovaly myšlenku, že neurogeneze dospělých je u savců konzervovaným rysem – což znamená, že savci tuto schopnost v průběhu evoluce neztrácejí.
Přesto skepticismus přetrvává
Ne každý je samozřejmě přesvědčen.
Například Vasistha vyjádřil obavy, že se autoři spoléhali na podpisy RNA, což nemusí naznačovat funkční význam. Podle centrálního dogmatu molekulární biologie je DNA přepsána do RNA, která je poté přeložena do proteinů, které konečně provádějí buněčné funkce. Takže detekce RNA samotná, tvrdil Vasistha, neprokazuje, že gen aktivně produkuje funkční protein.
„Mohli by to být zbytky z historie cely, přetrvávající v buňce nebo v dceřiné buňce,“ řekl.
Místo toho by Vasistha pokračovala a použití metod barvení na bázi protilátek k přímému označení markerových proteinů by bylo přesvědčivější. Je to stejná metoda, jakou dva papíry, které nedokázaly detekovat mladé neurony v používaných dospělých hippocampi.
I když je tato metoda často považována za zlatý standard pro řešení toho, zda má buňka určitý protein, je také restriktivní. Protože metoda je založena na schopnosti rozlišovat mezi fluorescenčními barvy, lze v metodě sekvenování RNA označit pouze čtyři markery, na rozdíl od stovek nebo více.
Marta Paterlini, výzkumník z Karolinska Institutet a další první autor této studie, argumentoval totéž: že tým „se chtěl vzdát této restriktivní metody značení založené na protilátkách“.
Vyzkoušel jsem tolik různých protilátek, ale všichni dali různé výsledky, “dodala.
To znamená: Zatímco autoři interpretovali výsledky barvení na bázi variabilních protilátek jako omezení techniky, ostatní jako Vasishtha zůstávají opatrní a zpochybňují identifikaci a přítomnost nervových progenitorových buněk.
Dalším bodem sporu, se kterým Tripathi a Ghosh souhlasili také, je to, že počet nervových progenitorových buněk je mezi jednotlivci velmi variabilní. Autoři studie to připisovali dvěma důvodům, technickým a biologickým.
„Nikdy jsme netvrdili, že náš výsledek je kvantitativní,“ řekl Paterlini. „Nemůžeme říct přesná čísla, ale můžeme s jistotou říct, že v dospělém hippocampu jsou neurolasty a nervové progenitorové buňky.“
„Někdy techniky, které používáme, fungují dobře pro některé vzorky, ale ne také pro jiné,“ dodal Dumitru a zdůraznil technickou variabilitu navzdory nejlepšímu úsilí týmu.
Biologická variace, jak dále argumentovali, pramení z inherentních genetických rozdílů u lidí, od nichž byly vzorky získány.
„Lidské vzorky jsou tak neuvěřitelně odlišné od sebe geneticky,“ dodal, „naproti tomu myší modely zahrnují geneticky podobné jedince, což přirozeně snižuje meziindividuální variace.“
Tuto variantu lze také připsat rozdílů v životním prostředí a životním stylu.
„Například fyzická aktivita zvyšuje proliferaci nervových progenitorových buněk, zatímco chronický stres nebo sociální izolace snižuje neurogenezi,“ řekl Ghosh. „Takže dva zdraví jedinci mohli vykazovat výrazně odlišné úrovně neurogeneze na základě takových vlivů.“
Rovněž poznamenala, že zahrnutí komplexních metadat, jako jsou úrovně stresu, návyky cvičení a psychologický stav, by mohlo obohatit budoucí postmortální studie.
Výzva k konsensu
Po 27 letech intenzivní debaty a spekulací jsou Dumitru a Paterlini připraveni jít dál.
„Zpočátku by skeptici řekli“ žádná neurogeneze, plná zastávka „. Ale teď, s novými papíry, které ukazují, že existují progenitory, je posunutá na“ v pořádku, existuje neurogeneze, ale jen velmi málo neuronů se rodí u dospělých, že? „Dumitru řekl o posunu.
Vasistha zůstává nepřesvědčená. Vyzval pole neurogeneze jako celku, aby dospěl ke konsensu na markerech, které by vědci museli použít k identifikaci nervových progenitorových buněk, aby se standardizovaly protokoly použité pro postmortální přípravu a vytvořily robustní validační rámec založený na RNA a detekci proteinu pro dospělou neurogenezi.
Všechny zvažované věci, odborníci v oboru souhlasí s tím, že metodologické rozdíly se zdají být hlavní příčinou nesrovnalostí v různých studiích.
Neurogeneze dospělých je důležitá v hippocampu, protože může vysvětlit, jak může hippocampus provádět funkce kritické paměti. Například někteří vědci předpokládali, že dentate gyrus sestává ze směsi zralých a nezralých neuronů.
„Zdá se, že hippocampální obvody se spoléhají na tuto jedinečnou vlastnost – udržují smíšenou populaci vysoce vzrušujících mladých neuronů a řídce vypálení zralých neuronů – pro optimalizaci zpracování,“ řekl Ghosh.
Toto dynamické složení v této oblasti může odpovídat za plastové reakce, tj. Flexibilita v odpovědích na podobné situace, například když musíte rozlišovat mezi tím, kde jste včera zaparkovali auto oproti, kde jste dnes zaparkovali.
Z klinického hlediska Vasistha řekla: „V současné době nemáme žádné dobré terapie pro demenci ani pro jiné druhy kognitivního poškození. Takže pokud někdo může odhalit mechanismus, kterým můžete posílit množství neurogeneze, což by lidem vrátilo určitou úroveň rezistence paměti a kognitivní schopnosti, takže opětovně opětovné důstojnosti v jejich věku.“
Dumitru dodal, že „je mnohem snazší, mnohem elegantnější, povzbuzovat lokálně prezentace nervových progenitorových buněk k produkci neuronů, které jsou potřebné, spíše než transplantaci externě diferencovaných kmenových buněk, což může být invazivní a riskantní postup.“
Tyto regenerační terapie jsou však daleko. Předtím, než mohou být navrženy klinické aplikace, přetrvává mnoho základních otázek.
Pro skupinu z Karolinska je prvním krokem porozumět více o neuronech narozených v dospělosti, jako je jejich funkce, číslo a distribuce.
„Abychom zabili debatu, musíme ukázat specifika,“ dodal Dumitru.
Tým také zkoumá další oblasti v mozku dospělých, kde může dojít k neurogenezi, která by mohla zahájit další temperamentní debatu.
Sheetal Potdar má PhD v neurovědě a pracuje jako spisovatel vědy.
