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

Ang mga genetic na mekanismo na pinagbabatayan ng kakaibang kaliwa-kanang pagkakaiba ng utak ay mas nauunawaan na ngayon sa pamamagitan ng bagong pananaliksik, na nagbibigay daan para sa mas mahusay na pag-unawa sa mga sakit ng tao na nauugnay sa brain asymmetry.

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

Sa pamamagitan ng pagsasagawa ng mga genetic na eksperimento sa zebrafish, natuklasan ng mga mananaliksik na kapag nangyari ang mutation ng Cachd1, ang kanang bahagi ng utak ay nawawala ang normal nitong pag-unlad na walang simetriko at nagiging isang mirror na imahe ng kaliwang bahagi. Nagdudulot ang karamdamang ito 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 kababalaghang 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 anatomy, ang kaliwa at kanang hemisphere ng utak ng tao ay may mga pagkakaiba sa paggana na nakakaapekto sa mga koneksyon sa neural at mga prosesong nagbibigay-malay gaya ng wika. Hindi pa rin gaanong naiintindihan ang mga kaliwa-kanang pagkakaibang ito sa neural circuitry.

Paggamit ng zebrafish—isang kilalang modelong organismo para sa pag-aaral ng brain development salamat sa kanilang mga transparent na embryo—nagtakda ang mga mananaliksik na pag-aralan kung paano maaaring maimpluwensyahan ng Cachd1 ang brain asymmetry.

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

Knockdown ng cachd1 gamit ang morpholinos ay nagreresulta sa bilateral symmetry. (A-B) Dorsal view sa 4 na araw postfertilization ng mga 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) Semiquantitative RT-PCR para sa mga transcript ng cachd1. Pinagmulan: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

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

Sa karagdagan, ang impluwensya ng Cachd1 ay lumilitaw na partikular sa kanang bahagi ng utak, na nagmumungkahi ng pagkakaroon ng hindi kilalang inhibitory factor na naglilimita sa aktibidad nito sa kaliwang bahagi. Bagama't hindi pa naipapaliwanag ang buong detalye, mariing iminumungkahi ng ebidensya na gumaganap ng mahalagang papel ang Cachd1 sa pagtatatag ng pagkakaiba sa pagitan ng kaliwa at kanang bahagi ng umuunlad na utak sa pamamagitan ng pag-regulate ng cellular communication partikular sa kanang bahagi.

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

“Ito ay isang lubos na nagtutulungang proyekto na lubos na nakinabang mula sa isang interdisciplinary na diskarte—nagsama-sama ang genetics, biochemistry, at structural biology upang mas maunawaan ang pagtatatag ng kaliwa-kanang asymmetry sa utak, gayundin ang pagtukoy ng isang bagong bahagi ng isang mahalagang signaling pathway na may maraming tungkulin sa kalusugan at sakit," sabi ni Dr Gareth Powell, co-author ng pag-aaral, isang dating mag-aaral ng doktor sa Wellcome Sanger Institute at ngayon ay miyembro ng UCL's Department of Cell and Developmental Biology.

“Natutuwa akong makita ang paglalathala ng lubos na pinagtutulungang pananaliksik na ito, na nagsama-sama ng maraming mahuhusay na tao na may iba't ibang interes at kasanayang pang-agham mula sa iba't ibang institusyon. Sama-sama, binibigyang-daan kami ng team na gumawa ng mga kapana-panabik na bagong pagtuklas sa parehong Wnt signaling pathway at sa pagbuo ng brain asymmetry," sabi ni Propesor Steve Wilson, senior author ng pag-aaral mula sa UCL's Department of Cell and Developmental Biology.