Για αιώνες αντιμετωπίζαμε τον ανθρώπινο εγκέφαλο ως ένα ενιαίο όργανο που, όσο πολύπλοκο κι αν είναι, ξεκινά από μια κοινή αναπτυξιακή αφετηρία. Μια νέα μελέτη του Stanford έρχεται να αμφισβητήσει ακριβώς αυτήν τη βασική παραδοχή.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα μπροστινά και τα οπίσθια τμήματα του εγκεφάλου δεν προέρχονται από τον ίδιο πληθυσμό πρόδρομων κυττάρων, αλλά ακολουθούν δύο παράλληλες και διακριτές πορείες ήδη από τις πρώτες στιγμές της εμβρυϊκής ανάπτυξης.
Με απλά λόγια, αυτό που έχουμε συνηθίσει να αποκαλούμε «εγκέφαλο» μπορεί να θεωρηθεί, σύμφωνα με τους ερευνητές, ένα σύνθετο όργανο αποτελούμενο από δύο πανάρχαια νευρικά συστήματα που εξελίχθηκαν χωριστά και τελικά συνυπάρχουν στο ίδιο κρανίο.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στις 18 Σεπτεμβρίου στο Nature Neuroscience.
Δύο διαφορετικές «γραμμές παραγωγής»
Ο εγκέφαλος χωρίζεται ανατομικά σε πρόσθιο, μέσο και οπίσθιο εγκέφαλο. Ο πρόσθιος εγκέφαλος συνδέεται με σύνθετες λειτουργίες όπως η γλώσσα, η συνείδηση και η αφηρημένη σκέψη, ενώ περιοχές του οπίσθιου εγκεφάλου συμμετέχουν στον έλεγχο βασικών λειτουργιών, όπως η αναπνοή, ο καρδιακός ρυθμός, ο ύπνος, η κατάποση και η κίνηση των μυών του προσώπου.
Μέχρι σήμερα, το κυρίαρχο μοντέλο ήθελε όλες αυτές τις περιοχές να προέρχονται αρχικά από έναν κοινό νευρικό πρόγονο, ο οποίος στη συνέχεια «διακλαδίζεται» δημιουργώντας τα διαφορετικά τμήματα.
Οι ερευνητές του Stanford, με επικεφαλής τον αναπτυξιακό βιολόγο Kyle Loh, υποστηρίζουν ότι η πραγματικότητα είναι διαφορετική. Μελετώντας τα πρώτα στάδια της ανάπτυξης εμβρύων ποντικών, εντόπισαν δύο ξεχωριστούς πληθυσμούς πρόδρομων κυττάρων ήδη κατά τη γαστριδίωση, δηλαδή σε ένα εξαιρετικά πρώιμο στάδιο κατά το οποίο αρχίζει να διαμορφώνεται το σώμα.
Ο ένας πληθυσμός, που εκφράζει το γονίδιο Otx2, δημιουργεί τον πρόσθιο και τον μέσο εγκέφαλο, ενώ ο δεύτερος, που εκφράζει το Gbx2, σχηματίζει τον οπίσθιο εγκέφαλο. Το εντυπωσιακό εύρημα ήταν ότι οι δύο αυτοί πληθυσμοί δεν επικαλύπτονται ποτέ και οι αναπτυξιακές πορείες τους παραμένουν διακριτές από την αρχή.
Ακόμη και ο τρόπος με τον οποίο είναι οργανωμένο το DNA μέσα στα κύτταρα –η λεγόμενη δομή της χρωματίνης–, αποδείχθηκε διαφορετικός, «κλειδώνοντας» ουσιαστικά κάθε πληθυσμό στη δική του μελλοντική ταυτότητα.
Το ίδιο το Nature περιγράφει τα ευρήματα ως «πρόκληση σε μια εικόνα που κυριαρχούσε επί δεκαετίες στην αναπτυξιακή νευροβιολογία».
Μια ιστορία τουλάχιστον 550 εκατ. ετών
Η ερευνητική ομάδα δεν περιορίστηκε στα ποντίκια. Αναζήτησε το ίδιο μοτίβο σε διαφορετικά είδη και το εντόπισε σε κοτόπουλα, ψάρια ζέβρα και σκουλήκια βελανιδιού, οργανισμούς που μοιράζονται με τον άνθρωπο έναν πολύ μακρινό κοινό πρόγονο.
Αυτό οδηγεί τους επιστήμονες στην εκτίμηση ότι η διπλή αναπτυξιακή προέλευση του εγκεφάλου μπορεί να έχει τις ρίζες της τουλάχιστον 550 εκατομμύρια χρόνια πίσω στην εξελικτική ιστορία.
Ακόμη και οι μέδουσες, που απομακρύνθηκαν από την εξελικτική γραμμή που οδήγησε στον άνθρωπο πριν από περίπου 600 έως 700 εκατ. χρόνια, διαθέτουν δύο νευρικά συστήματα σε διαφορετικά σημεία του σώματός τους, μια παρατήρηση που οι ερευνητές θεωρούν ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα για την κατανόηση της βαθιάς εξελικτικής ιστορίας του νευρικού συστήματος.
Γιατί έχει σημασία για την ALS
Το εύρημα δεν αλλάζει μόνο τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες περιγράφουν την ανάπτυξη του εγκεφάλου. Έλυσε παράλληλα ένα πρακτικό πρόβλημα που τους ταλαιπωρούσε επί δεκαετίες.
Οι ερευνητές δυσκολεύονταν να δημιουργήσουν στο εργαστήριο συγκεκριμένους κινητικούς νευρώνες του οπίσθιου εγκεφάλου. Η νέα μελέτη δείχνει ότι πιθανότατα επιχειρούσαν να τους παράγουν ξεκινώντας από λάθος πρόδρομα κύτταρα.
Όταν ακολούθησαν τη νέα αναπτυξιακή διαδρομή, κατάφεραν για πρώτη φορά να καθοδηγήσουν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα ώστε να δημιουργήσουν λειτουργικούς κινητικούς νευρώνες συγκεκριμένων περιοχών του οπίσθιου εγκεφάλου. Τα κύτταρα παρουσίασαν ηλεκτρική δραστηριότητα και τα μοριακά χαρακτηριστικά των πραγματικών νευρώνων που ελέγχουν, μεταξύ άλλων, τους μύες του προσώπου και της κατάποσης.
Η δυνατότητα αυτή μπορεί να αποδειχθεί ιδιαίτερα σημαντική για τη μελέτη ασθενειών όπως η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS) και η νωτιαία μυϊκή ατροφία (SMA), καθώς ορισμένοι από τους νευρώνες που προσβάλλονται σε αυτές τις παθήσεις βρίσκονται σε περιοχές από τις οποίες δεν είναι δυνατόν να λαμβάνεται εύκολα ζωντανός ανθρώπινος ιστός για έρευνα.
Έτσι, η καλλιέργειά τους στο εργαστήριο δημιουργεί πλέον τη δυνατότητα να μελετηθεί λεπτομερέστερα πώς αρχίζει η δυσλειτουργία τους και, σε βάθος χρόνου, να δοκιμαστούν πιθανές θεραπευτικές προσεγγίσεις.
