Genetická delece v mozečku brání tvorbě hemisféry, zjištění studie

Cerebellum, mozková oblast umístěná v zadní části hlavy, o kterém je již dlouho známo, že podporuje koordinaci pohybů svalů, se nedávno podílela také na sofistikovanějších mentálních funkcích. Purkinjovo buňky jsou jediné neurony umístěné v mozečku, které integrují informace do mozkové kůry a posílají je do jiných částí nervového systému.

Buňky Purkinje jsou velké a vysoce rozvětvené nervové buňky které mohou mít různé funkce. Zatímco mnoho minulých studií prozkoumalo role těchto buněk, nervové a genetické procesy, které formovaly jejich rozmanitost, dosud nebyly plně objasněny.

Vědci z University of Connecticut School of Medicine nedávno provedli studii zaměřenou na prozkoumání možné role genů FoxP, rodiny genů, o nichž je známo, že přispívá k přepínání jiných genů „zapnuto a vypnuto“ mozeček. Jejich zjištění, Publikováno v Neurověda přírodynaznačují existenci nejméně 11 různých podtypů Purkinje Cell, což naznačuje, že geny FOXP1 a FOXP2 přispívají k jejich diverzifikaci.

Rodina FOXP zahrnuje čtyři geny, které jsou známé jako FOXP1, FOXP2, FOXP3 a FOXP4. Mutace v genech FOXP1 a FOXP2 byly dříve spojeny s neurodevelopmentálními a jazykovými poruchami.

„FOXP2 je nezbytná pro vokalizaci napříč druhy, podporuje učení písní u ptáků, echolokaci u netopýrů, štěně volající do myší a správnou řeč u lidí,“ řekl James Yh Li, vedoucí autor příspěvku, lékařskou XPRESS.

„Mutace ve FOXP1 způsobují syndrom charakterizovaný zpožděným vývojem, poškozením jazyka, intelektuálním postižením a autistickými rysy u lidí. Navzdory jejich klinickému významu zůstaly role genů FOXP ve vývoji mozku špatně pochopeny. Zajistili jsme tuto mezeru.“

V jejich dříve fungujeLi a jeho kolegové poznamenali, že FOXP1 a FOXP2 byly exprimovány na různých úrovních mezi cerebelárními purkinjovými buňkami. Hlavním cílem jejich nové studie bylo zjistit, jak by selektivní delece těchto dvou genů z mozečku ovlivnila vývoj a mentální funkce myší.

„Pomocí sekvenování RNA s jedním buňkami (ScRana-Seq) jsme profilovali genová exprese V jednotlivých buňkách z embryonálního myšího cerebella na klíčových vývojových stádiích, „vysvětlil Li.“ Toto odhalilo několik molekulárně zřetelných podtypů Purkinje buněk. Protože ScRana-seq chybí Prostorové informaceVyvinuli jsme skanky (jednobuněčnou kotevní síť klíčových regulačních orgánů do vesmíru), metoda, která mapuje buněčné skupiny identifikované ScRana-seq zpět do jejich kontextu nativní tkáně. “

Pro studium exprese genů FOXP u myší Li a jeho kolegů kombinovalo prostorové mapování ScRNA-seq s jinou experimentální technikou známou jako 3D zobrazení fluorescence světla. Kombinace těchto dvou technik jim umožnila přímo zmapovat expresní vzorce genů FOXP1, FOXP2 a FOXP4 na vznikající podtypy Purkinje Cell.

Je zajímavé, že vědci zjistili, že když smazali FOXP1 nebo FOXP2 z mozečku myší, byla schopnost zvířat produkovat vokalizace narušena. To naznačuje možnou roli mozečku v řeči a vokalizaci.

„Zjistili jsme také, že Purkinjovo buňky nejsou stejné, ale obsahují několik podtypů s různými molekulárními rysy, z nichž každá zaujímá diskrétní oblasti v mozkové kůře,“ řekl Li. „Protože jsou to hlavní buňky vysílající signály z mozkové kůry, tato rozmanitost stanoví základ pro funkční specializaci různých kortikálních oblastí v mozečku.“

Experimenty prováděné Li a jeho kolegové také vrhli světlo na procesy, které by mohly podporovat tvorbu mozkových hemisfér. Jedná se o bilaterální struktury, které jsou obzvláště velké u primátů a byly spojeny s pokročilými schopnostmi, jako jsou sofistikované motorické a mentální dovednosti.

Vědci zjistili, že delece FOXP1 a FOXP2 z myšího mozebu zabránila tvorbě dvou hemisfér. Zejména se jedná o první přímé genetické důkazy vázající tvorbu hemisféry na specifické genetické a molekulární procesy.

„Navíc jsme pozorovali, že buňky Purkinjo-pozitivní na FOXP1, podtyp nejvíce postižený knockoty, jsou hojné v lidském fetálním mozečku, ale vzácné u ptáků,“ řekl Li. „Jejich přítomnost mohla vést k evoluční expanzi savčích mozkových hemisfér, což umožnilo rozvoj vyšších kognitivních funkcí.“

Nedávná práce Li a jeho kolegů shromáždila silné důkazy, které naznačují, že geny FOXP přispívají k diverzifikaci Purkinjových buněk do různých podtypů a ke založení spojení s jinými regiony v rámci a mimo mozek. Pokud by byla ověřena v budoucích studiích zahrnujících primáty a lidi, mohla by zjištění týmu nabídnout nové vysvětlení pro souvislost mezi některými neurodevelopmentálními poruchami, včetně poruchy autistického spektra (ASD) a FOXP nedostatečnost.

„Naším dalším krokem bude definovat molekulární mechanismy transkripčních faktorů FOXP – jejich vazebné partnery, cílové geny a regulační sítě,“ dodal Li. „Objev rozmanitosti buněk Purkinje nám nyní umožňuje testovat, jak narušení specifických podtypů, zejména FOXP1-pozitivních Purkinjových buněk, ovlivňuje expanzi mozkového hemisféry.“

© 2025 Science X Network