המחקר פורץ הדרך חושף מנגנון מפתח לוויסות זהות עצבית

זהותו של תא קובעת את המורפולוגיה והתפקודים שלו לאורך חייו. במקרה של נוירונים, המבנה שלהם הוא ייחודי במיוחד, שכן ברגע שהם נוצרים במהלך ההתפתחות, הם לעולם לא מתחלקים שוב. זה מרמז כי יש לשמור על תפקידם ביציבות לאורך כל קיומם. כדי להשיג זאת, נוירונים מבטאים קבוצה ספציפית של גנים המגדירים את פעילותם במעגלי מוח. כל שינוי בתהליך זה יכול לפגוע בתפקודם ולתרום להתפתחות של הפרעות נוירולוגיות.

עבודה זו שופכת אור על האופן בו זהות עצבית מתבססת ומתוחזקת באמצעות מנגנון שחבור אלטרנטיבי. שחבור הוא תהליך חיוני בביטוי גנים, דרכו מוסרים שברים שאינם מקודדים של RNA Messenger כדי לייצר חלבונים פונקציונליים. במקרים מסוימים, תהליך זה מאפשר לגן יחיד לייצר חלבונים שונים, תלוי כיצד מורכבים שברי ה- RNA המקודדים.

הצוות זיהה כי ייצור הגרסה העצבית של חלבון CEH-44 תלוי בגורם שחבור שמור, הנקרא UNC-75 ב- ג. אלגנים וללף בחוליות. מנגנון זה הוא המפתח לזהות עצבית מכיוון שהוא מאפשר ייצור סלקטיבי של חלבונים ספציפיים במערכת העצבים. "הדגמנו כי UNC-75/CELF משמש כווסת בסיסי לתהליך זה, ומקדם את ייצור האיזופורם העצבי תוך דיכוי האלטרנטיבה הלא-ניורונית", מסביר לייבה דיאז.

מפתח תולעת להבנת המוח

כדי לפתח מחקר זה, המומחים השתמשו במודל החיה ג. אלגניםנמטודה קטנה הנמצאת בשימוש נרחב בביולוגיה עקב יכולת יכולת הגנטית שלה ומחזור החיים המהיר שלה. למרות הפשטות לכאורה שלה, לתולעת זו יש מערכת עצבים מאופיינים היטב עם 302 נוירונים, שהתפתחותם וסינפטי שלהם ממופה בפירוט. "לעבוד עם ג. אלגנים מאפשר לנו לבצע שינויים גנטיים מדויקים במהירות ובשחזור, ולהקל על זיהוי המנגנונים השמורים בוויסות זהות עצבית ", מציין לייבה דיאז.

בנוסף, השקיפות שלה מאפשרת הדמיה של ביטוי גנים באורגניזמים חיים בטכניקות פלואורסצנטיות, שהייתה המפתח במחקר זה. הצוות, ששיתף פעולה עם המעבדה שהובילה על ידי מומחה המפרט העצבי אוליבר הוברט באוניברסיטת קולומביה (ניו יורק, ארה"ב), השתמש בכלי עריכת גנים מבוססי CRISPR-CAS9 וטכניקות מיקרוסקופיה מתקדמות כדי לאפיין את המנגנון.

תוצאות המחקר פותחות דרכים חדשות של מחקר במדעי המוח ההתפתחותיים. המטרה הבאה של הצוות היא לקבוע אם מנגנון השחבור הזה נשמר בחוליות וכיצד הוא עשוי להשפיע על היווצרות מעגלים עצביים במוח: "אנו יודעים ש- CUX1 בבני אדם חיוני למפרט של נוירונים בשכבות העליונות של הקליפה המוחית והקליפתו של הקלף של הקורפוס, אך אנו עדיין לא יודעים כיצד ביטוי. בהקשר זה, החוקר מדגיש כי ההבנה כיצד נוצרת ומתוחזקת זהות עצבית היא "מכריעה לפענוח התפתחות מערכת העצבים ויכולה להיות בעלת השלכות בפתולוגיות בהן זהות זו אבודה".

עבודה זו התאפשרה בזכות המימון של המכון הרפואי הווארד יוז (מרילנד, ארה"ב) והתוכנית GENT לגיוס חוקרי דוקטורט מצוינים של Generalitat Valenciana. הצוות מודה לחוקרת גילרמינה לופז בנדיטו מהמכון למדעי המוח על אירוחם במעבדה שלה, ומספק סביבה אידיאלית להתפתחות מחקר זה.