Natuklasan ng mga siyentipiko ang pangunahing protina na responsable para sa kawalaan ng simetrya ng utak

Ang mga genetic na mekanismo na pinagbabatayan ng mga kakaibang kaliwa-kanang pagkakaiba sa utak ay mas nauunawaan na ngayon salamat sa bagong pananaliksik, na nagbibigay daan para sa mas mahusay na pag-unawa sa mga karamdaman ng tao na nauugnay sa abnormal na kawalaan ng simetrya ng utak.

Ang isang protina na tinatawag na Cachd1 ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagtatatag ng iba't ibang istruktura ng neural at paggana sa bawat panig ng utak, natuklasan ng mga mananaliksik mula sa UCL, Wellcome Sanger Institute, University of Oxford at iba pang mga co-authors. Ang pag-aaral ay na-publish sa journal Science.

Sa pamamagitan ng pagsasagawa ng mga genetic na eksperimento sa zebrafish, natuklasan ng mga mananaliksik na kapag ang Cachd1 ay na-mutate, ang kanang bahagi ng utak ay nawawala ang normal na pag-unlad ng walang simetriko at nagiging isang mirror na imahe ng kaliwang bahagi. Ang karamdaman na ito ay nagdudulot ng abnormal na koneksyon sa neural, na nakakaapekto sa paggana ng utak.

Ang pagtuklas na ito ay nagbibigay liwanag sa mga genetic na mekanismo na pinagbabatayan ng kawalaan ng simetrya ng utak, isang kababalaghan na naobserbahan sa maraming uri ng hayop, kabilang ang mga tao. Ang pag-unawa sa mga prosesong ito ay maaaring humantong sa isang mas mahusay na pag-unawa sa mga karamdaman ng tao kung saan naaabala ang brain asymmetry, gaya ng schizophrenia, Alzheimer's disease, at autism spectrum disorder.

Sa kabila ng kanilang mirror-image anatomy, ang kaliwa at kanang hemisphere ng utak ng tao ay may mga pagkakaiba sa pagganap na nakakaapekto sa mga koneksyon sa neural at mga prosesong nagbibigay-malay tulad ng wika. Kung paano lumitaw ang kaliwa-kanang mga pagkakaiba sa neural circuitry ay hindi pa rin gaanong nauunawaan.

Gamit ang zebrafish—isang kilalang modelong organismo para sa pag-aaral ng pag-unlad ng utak dahil sa kanilang mga transparent na embryo—nagtakda ang mga mananaliksik na pag-aralan kung paano maaaring maimpluwensyahan ng Cachd1 ang kawalaan ng simetrya ng utak.

Nalaman ng koponan na kapag ang Cachd1 ay na-mutate, ang isang rehiyon ng utak na tinatawag na habenula ay nawawala ang normal na kaliwa-kanang pagkakaiba nito. Ang mga neuron sa kanang bahagi ay nagiging katulad ng mga neuron sa kaliwang bahagi, na nakakagambala sa mga koneksyon sa neural sa habenula at posibleng makaapekto sa paggana nito.

Ang pagbagsak ng cachd1 gamit ang morpholinos ay nagreresulta sa bilateral symmetry. (AB) Dorsal view sa 4 na araw post-fertilization sa uninjected wild type at cachd1 morpholino-injected larvae pagkatapos ng whole-mount in situ hybridization gamit ang antisense riboprobes laban sa asymmetric dorsal habenula marker kctd12.1. (C) Semi-quantitative RT-PCR ng mga transcript ng cachd1. Pinagmulan: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Ipinakita ng mga eksperimento na nagbubuklod ng protina na ang Cachd1 ay nagbubuklod sa dalawang receptor na nagbibigay-daan sa mga cell na makipag-usap sa pamamagitan ng Wnt signaling pathway, isa sa mga pinaka masinsinang pinag-aralan na mga landas ng komunikasyon sa cellular, na gumaganap ng mahahalagang papel sa maagang pag-unlad, pagbuo ng stem cell, at maraming sakit.

Higit pa rito, ang mga epekto ng Cachd1 ay lumilitaw na tiyak sa kanang bahagi ng utak, na nagmumungkahi na mayroong hindi kilalang salik na nagbabawal na naglilimita sa aktibidad nito sa kaliwang bahagi. Bagama't hindi pa malinaw ang buong detalye, mariing iminumungkahi ng data na ang Cachd1 ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagtatatag ng pagkakaiba sa pagitan ng kaliwa at kanang bahagi ng pagbuo ng utak sa pamamagitan ng pag-regulate ng cellular na komunikasyon partikular sa kanang bahagi.

Susuriin ng mga pag-aaral sa hinaharap kung ang Cachd1 ay may iba pang mahahalagang function na nauugnay sa Wnt pathway.

"Ito ay isang mataas na collaborative na proyekto na lubos na nakinabang mula sa isang interdisciplinary na diskarte - genetics, biochemistry at structural biology ay nagsama-sama upang mas maunawaan ang pagtatatag ng kaliwa-kanang asymmetry sa utak, pati na rin ang pagtukoy ng isang bagong bahagi ng isang mahalagang signaling pathway na may maraming mga tungkulin sa kalusugan at sakit," sabi ni Dr Gareth Powell, co-author ng pag-aaral na ngayon ay isang miyembro ng Wellcom ng Department ng Wellcom at Celle Sanger. Biology sa Pag-unlad.

"Natutuwa akong makita ang paglalathala ng lubos na pagtutulungang pag-aaral na ito, na nagsama-sama ng maraming mahuhusay na tao na may iba't ibang interes at kasanayan sa pagsasaliksik mula sa iba't ibang institute. Sama-sama, ang koponan ay nagbigay-daan sa amin na gumawa ng mga kapana-panabik na bagong pagtuklas tungkol sa parehong Wnt signaling pathway at ang pagbuo ng brain asymmetry," sabi ni Propesor Steve Wilson, senior author ng pag-aaral at miyembro ng UCL's Department of Cell and Developmental Biology.