Нейробиология и когнитивистика

Курение матери во время беременности нарушило формирование зрительной коры у детей
Вероятно, это связано с ослаблением холинергических сигналов от сетчатки


Канадские ученые проанализировали данные двух когортных исследований и обнаружили, что курение матери во время беременности замедляет рост зрительной коры мозга.


Дополнительные моделирование и генетический анализ показали, что это связано с нарушением пролиферации промежуточных клеток-предшественников и ингибиторных нейронов из-за снижения холинергических сигналов от сетчатки глаз. Статья опубликована в журнале Cerebral Cortex.
Xavier Navarri, Zhijie Liao, James B Hengenius, Florian Bénitière, Sébastien Jacquemont, Zdenka Pausova, Tomáš Paus, The tangential growth of the human visual cortex and maternal smoking during pregnancy, Cerebral Cortex doi 10. 1093/cercor / bhag105


Зрительная кора человека отличается от других корковых областей пространственной и молекулярной организацией. Критическую роль в ее внутриутробном развитии играют холинергические спонтанные волны нейрональной активности, которые генерируются сетчаткой и передаются через латеральное коленчатое тело в субвентрикулярную зону зрительной коры, что вызывает в ней размножение клеток-предшественников. Никотин — основное активное соединение табака — влияет на холинергическую передачу и, следовательно, потенциально может затрагивать внутриутробное развитие зрительной коры при курении матери.


Томаш Паус (Tomáš Paus⁠) и его коллеги по Университетскому больничному центру Сен-Жюстин в Монреале проанализировали данные почти 27 тысяч взрослых (47 процентов — мужчины) из репозитория UK Biobank, для которых имелись результаты мультимодальной МРТ мозга (в среднем в 64,2 года) и данные по курению матери во время беременности (ему подвергались 30 процентов участников).


Связь курения матери с площадью поверхности всех 11 корковых областей оценивали с помощью множественных регрессионных моделей с поправками на сопутствующие факторы и коррекцией на частоту ложноположительных результатов (FDR). Выяснилось, что у подвергавшихся курению меньше площадь поверхности коры в целом (β = -0,09; pFDR = 1,73 × 10-11), и эта связь была наиболее выраженной в отношении зрительной коры (β = -0,17; pFDR = 9,25 × 10-26).


Полученные результаты воспроизвели в канадской семейной подростковой когорте SYS, которая была создана специально, чтобы изучать возможное действие пренатального курения матери на различные исходы, и включала 944 подростка (средний возраст на момент МРТ 15 ± 1,8 года, 48 процентов мужского пола, 47 процентов с пренатальным воздействием курения). У подвергавшихся действию курения площадь поверхности зрительной коры была значимо меньше (β = -0,40; pFDR = 2,91 × 10-9), притом что общая площадь коры между группами существенно не различалась. Среди 18 пар братьев и сестер, один из которых подвергался действию курения, а другой — нет (четыре пары брат-брат и 14 — сестра-сестра), в 11 парах сестер наблюдалась меньшая площадь зрительной коры у подвергавшихся (p = 0,029).


Чтобы разобраться в возможных механизмах, исследователи воспользовались данными, полученными у нокаутных по β2-субъединице никотинового ацетилхолинового рецептора мышей. Они идентифицировали 214 человеческих гомологов генов, дифференциально экспрессирующихся в ганглионарных клетках сетчатки таких животных, и проанализировали связь редких вариантов этих генов (делеций, дупликаций и однонуклеотидных полиморфизмов с возможной утратой функций) с площадью зрительной коры у участников UK Biobank. Оказалось, что варианты со снижением функций (делеции и ононуклеотидные полиморфизмы) связаны с меньшей площадью зрительной коры только у людей с пренатальным воздействием курения, но не без него, а варианты с повышением функций, наоборот, были связаны с больше площадью только у людей без воздействия курения.


Дополнительный виртуальный онтогенез in silico показал, что пренатальное воздействие курения затрагивает пролиферацию промежуточных клеток-предшественников и ингибиторных нейронов.
[Термин «in silico» – появился по аналогии с традиционным терминами «in vitro» («внутри пробирки») и «in vivo» («внутри живого организма»).
Этот термин означает обозначающий компьютерное моделирование (симуляцию) эксперимента, чаще всего биологического. Фраза «in silico» - означает «в кремнии», поскольку кремний как полупроводниковый материал играет важную роль в производстве компьютерного оборудования.].


В сумме полученные данные свидетельствуют, что воздействие курения матери во внутриутробном периоде замедляет развитие зрительной коры, и это, вероятно, связано с нарушением пролиферации ее клеток из-за ослабления холинергических сигналов от сетчатки глаз под действием никотина.

Пока нет комментариев

Первая успешная трансплантация обезьяне - выращенной в лабораторных условиях ткани гипофиза человека.
#нейроэндокринология #эндокринология
Научный прорыв совершили в Японии под руководством
Hidetaka Suga врачи-эндокринологи и нейрохирурги совместно с биологами, специализирующимися на стволовых клетках. Также в исследовании участвовал ветеринарный врач Hiroo Sasaki - специалист по ветеринарной нейрохирургии и эндокринологии.
Научный лидер группы Hidetaka Suga - врач-эндокринолог, который
н-ко лет разрабатывал метод выращивания ткани гипофиза из стволовых клеток и занимается прогнозированием формирования органоидов гипофиза с помощью машинного обучения.


Успех этого эксперимента изменит судьбу пациентов с гипопитуитаризмом - это состояние, при котором гипофиз (небольшая железа в основании мозга) вырабатывает недостаточно своих гормонов либо не вырабатывает их вовсе.


Вторая иллюстрация: Слева: структура ткани, показывающая скопление трансплантированных клеток в окружающей ткани. Справа: та же область. Коричневое окрашивание указывает на активную выработку адренокортикотропного гормона (АКТГ), подтверждая, что клетки оставались функциональными, несмотря на продолжающееся иммунное отторжение (АКТГ - гормон, который клетки гипофиза вырабатывают в норме).


Главное: исследователи вырастили ткань гипофиза из стволовых клеток человека и пересадили ее мышам и обезьяне, у которых гипофиз был удален хирургическим путем. Ткань вырабатывала адренокортикотропный гормон более шести месяцев у мышей и шесть недель у обезьяны. У мышей трансплантация увеличила продолжительность жизни, а у обезьяны замедлила потерю веса, вызванную дефицитом гормона.


Опубликована научная статья: "Функциональный анализ клеток гипофиза, продуцирующих адренокортикотропный гормон, полученных из плюрипотентных стволовых клеток человека, на мышиной и обезьяньей моделях гипопитуитаризма".
Functional analysis of adrenocorticotropic-hormone–producing pituitary cells derived from human pluripotent stem cells in murine and primate models of hypopituitarism
DOI: 10. 1186/ s13287-026-05098-y
(статья находится в открытом доступе).


Исследователи из Японии пересадили ткань гипофиза, выращенную из стволовых клеток человека, примату, у которого гипофиз был удален хирургическим путем, успешно восстановив критически важные гормональные сигналы. Команда под руководством исследователей из Университета Нагои в Японии показала, что тот же метод работает на мышах в течение более длительного периода.


Впервые было доказано, что выращенные в лаборатории клетки гипофиза человека работают и выживают после трансплантации примату. Исследование, опубликованное в журнале Stem Cell Research & Therapy, может открыть новые возможности для лечения пожизненных гормональных нарушений.


Гипофиз контролирует выработку гормонов, отвечающих за стресс, рост и обмен веществ. При его повреждении или удалении пациенты вынуждены ежедневно принимать гормональные препараты, но это не позволяет точно воспроизводить естественные колебания гормонального фона. В этом исследовании проверялась возможность трансплантации выращенной в лаборатории ткани гипофиза для естественной выработки гормонов.


Гипофиз расположен в основании мозга и выделяет гормоны в кровоток. Одним из них является АКТГ, адренокортикотропный гормон, который сигнализирует надпочечникам о выделении кортизола. Кортизол помогает организму справляться со стрессом, кровяным давлением и уровнем сахара в крови. Когда гипофиз выходит из строя, пациенты лишаются этой системы, что приводит к состоянию, называемому гипопитуитаризмом.


Без достаточного количества АКТГ организм с трудом отвечает на стресс, который может стать опасным. Стандартным методом лечения является пожизненный прием гормональных препаратов, но эти средства не могут полностью соответствовать меняющимся потребностям организма, поскольку потребность в кортизоле зависит от стресса и времени суток. В результате пациенты сталкиваются с повышенным риском внезапной смерти.


Чтобы найти более эффективное решение, исследователи обратились к стволовым клеткам. Они вырастили небольшие лабораторные образцы тканей, которые могут функционировать как миниатюрные органы, называемые органоидами, из человеческих стволовых клеток. Органоиды содержали клетки, вырабатывающие адренокортикотропный гормон. Сначала команда протестировала ткань на мышах, у которых были удалены гипофизы.


"Органоиды были пересажены под кожу, в жировую или мышечную ткань. Они вырабатывали адренокортикотропный гормон более шести месяцев и явно увеличили продолжительность жизни мышей по сравнению с теми, кому трансплантация не проводилась. Нежелательных опухолей или необычного роста клеток не наблюдалось», — сказал первый автор статьи Тацума Кондо, приглашенный исследователь Высшей медицинской школы Университета Нагои.


Переход к обезьяньей модели
Затем исследовательская группа сделала еще следующий шаг. Были пересажены органоиды макаке, у которой была удалена гипофиз. Чтобы предотвратить отторжение ткани, поскольку она принадлежала другому виду, использовали иммуносупрессивные препараты, которые уже применяются при трансплантации человеческих клеток, вырабатывающих инсулин, при лечении диабета.


Пересаженная ткань функционировала в течение шести недель и успешно повышала уровень адренокортикотропного гормона и кортизола в крови. Кроме того, в этот период замедлилась значительная потеря веса, вызванная дефицитом гормонов. Три месяца спустя в образцах тканей все еще присутствовали выжившие пересаженные клетки, несмотря на сильное иммунное отторжение, характерное для межвидовых трансплантаций.


При лечении стволовыми клетками возможен риск того, что клетки покинут место трансплантации и начнут бесконтрольно расти в других частях тела. Исследователи проверили легкие и печень на наличие признаков разросшейся органоидной ткани и ничего не обнаружили.


«Мы протестировали этот подход на одном примате и планируем дальнейшие исследования, чтобы увеличить срок службы ткани и протестировать более безопасные методы подавления иммунитета», — сказал Кондо.

Пока нет комментариев

Нейробиологи нашли участок мозга, который может быть важен для успешной беременности
Гормоны беременности вызывают масштабные изменения практически во всем организме, в том числе меняют работу и состояние матки, которая постепенно приспосабливается к росту плода. Но вот как мозг реагирует на беременность и помогает организму адаптироваться к ней, изучено значительно хуже. Разобраться в этом вопросе попытались нейробиологи из США.


Успешная беременность зависит от слаженной работы сразу нескольких систем организма. После оплодотворения эмбрион должен прикрепиться к эндометрию — внутреннему слою матки. Затем в организме происходят многочисленные изменения: перестраиваются обмен веществ, работа иммунной системы и гормональная регуляция. Все это необходимо для нормального развития плода.


Однако случается и так, что беременность может прерваться и врачи далеко не всегда понимают почему. Примерно половина выкидышей на ранних сроках связана с хромосомными нарушениями у эмбриона. В остальных случаях установить единственную причину часто не удается.


Исследователи предположили, что часть таких процессов может быть связана не только с маткой и эмбрионом, но и с мозгом, который координирует работу организма во время вынашивания плода.


Американские нейробиологи решили посмотреть на проблему именно через мозг. Команда исследователей под руководством Нирао Шаха (Nirao Shah) из Стэнфордского университета изучила активность генов в мозге беременных мышей и нашла тип нейронов, удаление которых не давало эмбрионам закрепиться в матке.


Шах и его коллеги изучили четыре популяции нейронов, которые экспрессируют ген Esr1, кодирующий рецептор эстрогена α, а некоторые из них также — рецептор прогестерона. Речь идет о BNSTpr — главного ядра ложа терминальной полоски; MeA — медиальной миндалины; POA — преоптической области гипоталамуса и VMHvl — вентролатерального отдела вентромедиального гипоталамуса. Ранее было известно, что они участвуют в процессах, связанных с овуляцией, половым поведением и заботой о потомстве, но их роль непосредственно в поддержании беременности оставалась неясной.


Ученые использовали мышей на 14-м дне беременности — позднем этапе средней части беременности. Грызунов включали в эксперимент только когда подтверждали нормальное развитие эмбрионов.


Сначала ученые проанализировали экспрессию генов в этих популяциях нейронов, а затем использовали метод single-nucleus RNA sequencing — секвенирование РНК на уровне отдельных клеточных ядер, которое позволило определить различия между отдельными типами клеток.


Во время беременности в четырех исследованных популяциях нейронов выявили изменения активности 2788 генов. Из них 1709 были кодирующими — то есть содержали информацию для производства белков.


Самое интересное оказалось в том, что перестройка затронула разные участки мозга неодинаково. Большинство генов меняло активность лишь в определенной области или у определенной группы нейронов. Во всех четырех исследованных группах сходным образом вели себя только три гена.


Это означает, что беременность не запускает в мозге единую программу изменений. Разные группы нейронов перестраиваются по-своему — в зависимости от того, где они расположены и какую функцию выполняют. Причем экспрессия генов была настолько значительной, что некоторые типы нейронов во время беременности приобретали новый молекулярный профиль.


В преоптической области гипоталамуса исследователи выделили особый тип клеток, который обозначили как POANpy2r. Это ГАМК-ергические нейроны, экспрессирующие ген Npy2r, кодирующий рецептор нейропептида Y2. Во время беременности в этих клетках особенно сильно менялась активность генов (у 30 генов она изменилась более чем в четыре раза).


Это не означает, что беременность приводит к появлению новых нейронов. Речь идет о перестройке уже существовавших клеток. У самок, которые еще не имели потомства, этот тип нейронов тоже присутствовал, но во время беременности клетки приобретали совсем другие свойства.


После того как POANpy2r выделился по особенностям активности генов, ученые решили проверить, действительно ли эти клетки необходимы для нормального течения беременности.


Для этого они использовали генетически модифицированных мышей линии Npy2rCre. В преоптическую область гипоталамуса животным ввели вирусную конструкцию с каспазой-3 — ферментом, который вызывает гибель клеток, содержащих рецептор Npy2r. В дальнейший анализ включали только тех грызунов, у которых число таких клеток удалось сократить более чем на 70 процентов.


Две группы самок, модифицированную и контрольную, спарили с самцами, а после следили за их состоянием. Оказалось, что удаление POANpy2r-нейронов не мешало ни половому поведению, ни овуляции, ни оплодотворению. Самки нормально спаривались, происходило оплодотворение и образовывались зиготы — первые клетки будущих эмбрионов.


Дальше ученые стали отслеживать развитие эмбрионов по дням. Именно здесь обнаружилась разница между контрольными мышами и животными без POANpy2r-нейронов.


Эмбрионы развивались, но их имплантация в матку не происходила. Из-за этого беременность не переходила к устойчивой стадии и прекращалась на раннем сроке.


Иными словами, эти нейроны не отвечали за сам факт зачатия. Они, судя по эксперименту, требовались организму уже после оплодотворения — для успешного прикрепления эмбриона и дальнейшего сохранения беременности.


Исследователи изучили существующую карту активности генов в человеческом мозге и обнаружили аналогичную группу нейронов в преоптическом гипоталамусе взрослой женщины.


Это пока не доказывает, что аналогичные клетки у человека выполняют ту же функцию. Провести аналогичный эксперимент на беременных невозможно. Поэтому роль этих нейронов придется проверять другими методами.


Научная работа опубликована на сайте препринтов по биологии bioRxiv.
A brain locus for viable gestation
Tanaka, Joseph R. Knoedler, View ORCID ProfileVinicius Miessler de Andrade Carvalho, Maricruz Alvarado, Yichao Wei, Renzhi Yang, Adarsh Tantry, Sheruni A. E. Pilapitiya, Bibudha Parasar, Miao Wang, Chung-ha O. Davis, Lele Cui, Mariko H. Foecke, Diana J. Laird, Longzhi Tan, Nirao M. Shah
doi 10. 64898/ 2026. 09. 15. 751878


Источник русского текста: сайт Naked Science cтатья
Ученые нашли участок мозга, который может быть важен для успешной беременности - научный журналист Игорь Байдов.

Пока нет комментариев

Что известно о клетках мозга, поддерживающих мотивацию при сложных задачах
Эксперименты показали, какие именно особые нейроны-регуляторы связывают ожидание награды с готовностью продолжать работу. Причем их отключение резко снижает настойчивость в достижении цели.


Нейробиологи из Нагойского университета (Япония) исследовали орексиновые нейроны. Это небольшая группа нервных клеток (не более 20 тысяч у человека), расположенных вгипоталамусе. Они вырабатывают нейропептиды орексин А и орексин Б, которые играют ключевую роль в поддержании бодрствования и регуляции аппетита.


Чтобы выявить их роль в поддержании мотивации, ученые вывели особых генетически модифицированных крыс. В отличие от лабораторных линий мышей, которых обычно используют в подобных тестах, модельные крысы обладают более развитыми способностями к обучению и лучше подходят для выполнения сложных поведенческих задач. Это позволило точечно воздействовать на нужную группу клеток, не затрагивая соседние нейронные связи.


Исследователи провели серию тестов, с каждым разом увеличивая количество действий, необходимых для получения порции пищи. Искусственная активация орексиновых нейронов заставляла крыс долго не сдаваться и продолжать работу ради лакомства даже тогда, когда задачи становились изнурительными, а объем работы — огромным. При подавлении работы этих клеток мотивация грызунов резко падала: крысы отказывались от попыток гораздо раньше и тратили существенно больше времени на выполнение заданий.


Сканирование мозга в реальном времени с помощью метода волоконной фотометрии (позволяет отслеживать свечение и активность отдельных групп клеток через вживленный оптоволоконный кабель) показало, что активность орексиновых нейронов возрастала по мере ожидания еды и снижалась сразу после ее получения. Однако если ожидаемая награда не появлялась, клетки продолжали работать на высоком уровне. Причем чем больше усилий требовала задача, тем сильнее включались эти клетки.


Впрочем, попытка «разогнать» эти нейроны сверх нормы с помощью возбуждающих белков не сделала животных супертрудолюбивыми. Клетки нужны мозгу именно как обязательный фундамент настойчивости, а не как бесконечный ускоритель.


Потеря мотивации и сложности с удержанием внимания — частые симптомы депрессии, СДВГ и различных зависимостей. Понимание того, какие нейронные цепи передают сигналы к орексиновым клеткам и получают от них команды, поможет ученым в будущем разработать новые методы лечения расстройств, при которых людям тяжело доводить начатое до конца.


Результаты научной работы опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Reward prediction is encoded by orexin neuron activity during motivated behavior
doi 10. 1073/ pnas. 2520677123


Источник: сайт Naked Science, научный журналист Марк Чернов.


Иллюстрация популяций нейронов, вырабатывающих гипокретин/орексин (оранжевый) и меланин-концентрирующий гормон (зеленый), в гипоталамусе на корональном срезе мозга мыши. 3V — третий желудочек; ic — внутренняя капсула; f — свод (fornix) ; оpt — зрительный тракт.
Иллюстрация взята из статьи других учёных:
Mapping the Hypocretin/Orexin Neuronal System: An Unexpectedly Productive Journey
Christelle Peyron and Thomas S. Kilduff
doi 10. 1523/ JNEUROSCI. 1708-16.2016

Пока нет комментариев