دو سیگنال کلیدی، نقشه مغز انسان را در روزهای نخستین زندگی ترسیم می نمایند؛ و چرا این مسیر در هر فرد، منحصربه فرد است
به گزارش صنایع 90، در همان هفته های نخست رشد جنینی، زمانی که هنوز هیچ ناحیهٔ تشخیص پذیری در مغز تشکیل نشده، سلول های بنیادی (Stem Cells) بدن انسان، فعالیتی پیچیده و حیرت انگیز را شروع می نمایند: تصمیم گیری دربارهٔ اینکه کدام بخش از مغز به چه شکلی رشد کند. پژوهشی تازه نشان داده است که این تصمیم گیری، تنها با یاری دو سیگنال شیمیایی - به نام مورفوژن ها (Morphogens) - انجام می گیرد: WNT و Sonic Hedgehog.
این دو مولکول سیگنال دهنده، نقش نوعی پلیس هدایت مولکولی را ایفا می نمایند. آن ها به سلول ها فرمان می دهند که در کدام بخش از بافت مغزی قرار بگیرند، چه ژن هایی را فعال نمایند و به چه نوعی از سلول های عصبی تمایز یابند. پژوهشگران دانشگاه ییل با استفاده از روشی ابتکاری، توانستند نشان دهند که تنها پنج روز مواجهه با این سیگنال ها برای شروع برنامه ریزی دقیق مغز انسان کافی ست. اما نکتهٔ جالب تر این است که پاسخ به این سیگنال ها در افراد مختلف - و حتی در سلول های گرفته شده از یک فرد واحد - فرق دارد.
دستگاهی نو برای شبیه سازی رشد مغز: Duo-MAPs
برای آنالیز دقیق این فرآیند، پژوهشگران ابزاری با نام Duo-MAPs طراحی کردند؛ مخفف عبارت الگوی سازی کمّی با مورفوژن های متقاطع (Dual Orthogonal-Morphogen Assisted Patterning System). این دستگاه، امکان آن را فراهم می نماید تا ارگانوئیدهای مغزی (Organoids) مشتق از سلول های بنیادی انسان را در معرض دو گرادیان همزمان از مورفوژن ها قرار دهند: یکی در راستای محور پس سری-پیشانی (Posterior-Anterior) و دیگری در امتداد محور شکمی-پشتی (Ventro-Dorsal).
نتیجهٔ این فرآیند شبیه سازی، فراوری ساختارهایی است که از نظر تمایز ژنی و ترکیب سلولی، بسیار به مغز جنین انسان شباهت دارند. این ارگانوئیدها می توانند الگوهای دقیق رشد نواحی مختلف مغز، مانند قشر مغز (Cortex)، مغز میانی (Midbrain)، ساقهٔ مغز (Hindbrain) و عقده های قاعده ای (Basal Ganglia) را بازتاب دهند.
تفاوت های فردی از سطح ژن تا شکل گیری مغز
یکی از دستاوردهای کلیدی این پژوهش، کشف تفاوت های پاسخ سلولی به سیگنال های WNT و Sonic Hedgehog بود. در بعضی نمونه ها، سلول های بنیادی حساسیت بالایی به WNT داشتند و ژن هایی فعال شدند که با رشد نواحی پشتی مغز مرتبط اند. در بعضی دیگر، حساسیت کمتر به WNT باعث شد رشد به سمت نواحی جلویی مانند قشر مغز متمایل گردد.
به همین ترتیب، در پاسخ به سیگنال Sonic Hedgehog نیز دو الگو دیده شد: سلول هایی با واکنش بیشتر، به شکل گیری شدیدتر در عقده های قاعده ای منجر شدند؛ در حالی که پاسخ ضعیف تر به این سیگنال با رشد نواحی ای مانند مخچه (Cerebellum) همراه بود.
نکتهٔ شگفت انگیز این جاست که این تفاوت ها نه تنها بین افراد مختلف، بلکه حتی در سلول های بنیادی مشتق از یک فرد دیده شد. یعنی ژنتیک به تنهایی معین نماینده نیست؛ بلکه عوامل اپی ژنتیکی (Epigenetic Changes) و جهش های پسالِقاحی نیز نقش مهمی ایفا می نمایند.
کشف درخشان: واکنش های ژنتیکی در برابر سیگنال های ساده
تحلیل های دقیق تر نشان داد که ژن هایی که در واکنش به مورفوژن ها فعال می شوند، نقش های بسیار متنوعی دارند؛ از جمله تنظیم پاسخ ایمنی، سوخت وساز سلولی، تمایز نورونی و رشد لایه های عصبی. این یعنی پایه گذاری مسیرهای عملکردی مغز، تنها در عرض چند روز و با دو سیگنال ساده، شروع می گردد.
پژوهشگران تأکید نموده اند که چنین پاسخ هایی با دقت و انعطاف پذیری بالایی انجام می گیرند؛ به طوری که حتی در صورت تفاوت های ژنتیکی یا اپی ژنتیکی، مغز همچنان توانایی دارد مسیر رشد خود را تنظیم کند و الگوهای عملکردی سالمی فراوری کند. این انعطاف پذیری، ویژگی منحصربه فرد رشد مغز انسان است که می تواند کلید درمان اختلالات نورولوژیک نیز باشد.
از زیست شناسی پایه تا درمان های آینده
این پژوهش در مرز میان زیست شناسی رشد، ژنتیک، و علوم اعصاب قرار گرفته است و نشان می دهد که می توان از مدل سازی های سلولی، به سوی شناخت بهتر تفاوت های مغزی بین انسان ها حرکت کرد. در آینده، ممکن است بتوان از چنین ابزارهایی برای شناسایی زودهنگام اختلالات عصبی یا طراحی روش های درمانی شخصی سازی شده بهره گرفت.
یکی از نویسندگان تحقیق می گوید: تماشا این که مغز انسان تنها با دو سیگنال معین و در عرض چند روز شروع به شکل گیری می نماید، و در عین حال، این فرآیند تا چه مقدار انعطاف پذیر است، شگفت انگیز بود.
نتیجه گیری: مغز ما، آینه ای از تفاوت های بیولوژیکی ماست
پژوهش اخیر دانشگاه ییل پنجره ای نو به درک ریشه های فردیت انسان گگردده است. این که چگونه سلول های بنیادی ما، حتی پیش از شکل گیری چهره یا شخصیت، در مسیرهای متفاوتی قرار می گیرند؛ و این مسیرها با ترکیبی از میراث ژنتیکی و تغییرات زیستی، مغز منحصربه فرد هر انسان را می سازند.
در دل این پژوهش، یک پیغام ساده نهفته است: درک انسان، باید از ابتدا، از عمق سلول ها، از نخستین روزهای زندگی، شروع گردد.
منبع: neurosciencenews
منبع: یک پزشک