Atklājumi.lv

Ja trūkst pārtikas, samazinās smadzenes

Jauns, žurnālā "Cell Reports" 7.martā publicēts pētījums izskaidro, kā barības vielu trūkuma apstākļos tiek nodrošināta augļa smadzeņu attīstība. Izrādās, tās tiek samazinātas, tajā pašā laikā saglabājot pilnvērtīgu funkcionalitāti. Atklājums, kas kārtējo reizi apliecina neticamo smadzeņu adaptācijas spēju, izdarīts pētot augļu mušiņas un tas var būt nozīmīgs arī cilvēka smadzeņu attīstības procesu pilnīgākai izprašanai.

"Kopumā pētījums atklāj adaptīvo izdzīvošanas stratēģiju, kas nepietiekama uzturvielu daudzuma apstākļos, ar minimālu enerģijas patēriņu, ļauj samazināt izveidoto neironu skaitu, saglabājot to daudzveidību," - teica pētījuma vadītājs Kedriks Marāndžs (Cedric Maurange) no Aiksmarseles (Aix-Marseille) universitātes (Francija).

Lielākā daļa cilvēka smadzeņu šūnu top embrija augšanas pirmajos četros mēnešos. Ja augļa attīstības vēlajā fāzē tam pietrūkst barības vielas, tad pieejamos resursus vispirms saņem smadzenes un tikai tad pārējie, mazāk nozīmīgie orgāni. Rezultātā šādam jaunpiedzimušajam galva un smadzenes ir relatīvi lielākas nekā, piemēram, zarnas vai aizkuņģa dziedzeris. Turpretī, kad barības vielas trūkst cilvēka embrija agrīnajā attīstības fāzē, proporcionāli samazinās gan smadzenes, gan pārējais ķermenis. Medicīnā šīs attīstības patoloģijas sauc par asimetriskiem un simetriskiem intrauterināliem augšanas ierobežojumiem.

Taču jautājums, kā jaunās smadzenes pārvar nelabvēlīgus apstākļus joprojām ir neskaidrs. Kādi tieši šūnu-proteīnu mehānismi ieslēdzas bērna smadzenēs, ja mātei nepietiek pārtikas? Lai to noskaidrotu, pētnieki nolēma izmantot par bioloģijas "darba zirgiem" nereti dēvētās augļu mušiņas Drosophila melanogaster. Nelielais mūža ilgums mušiņām ļauj sasniegt jaundzimušajam atbilstošu attīstības stadiju četru dienu laikā.

Pētot mušu smadzeņu vizuālās sistēmas attīstību, pētnieki atklāja, ka jau agrīnā stadijā tā ir ļoti jūtīga attiecībā pret aminoskābju-proteīnu būvmateriālu pieejamību. Noskaidrojās, ka mušām, kurām ir pieejams viss nepieciešamais aminoskābju daudzums, optiskās daivas smadzeņu reģionā izveidojās lielāks cilmes šūnu klāsts nekā tām, kurām uzturvielu pietrūkst. Pētnieki noteica, ka cilmes šūnu dalīšanās ātrumu ietekmē insulīna/PI3K/TOR signālceļš. Vēlāk, kad šīs cilmes šūnas sāk pārtapt dažādos neironu tipos, to jūtība (resp. - dalīšanās ātrums) pret pārtikas pieejamību samazinās un steroīdu prohormona ekdisona ietekmē tiek aktivizēts signālceļš, kas pārslēdz simetrisku dalīšanos uz asimetrisku (neiroblasti - neironu priekštečšūnas - dalās vienai no meitas šūnām kļūstot par jaunu neiroblastu, bet otrai par gangliju mātes šūnu) un ierosina neiroģenēzi. Mazāks cilmes šūnu skaits rada mazāk neiroblastu un, attiecīgi, diferenciētās, dalīties vairāk nespējīgas neirālās šūnas. Rezultātā ir attīstījušās mazākas, bet funkcionālas smadzenes. Dažām, trūcīgos barības apstākļos (saņemot tikai 10% no normālā pārtikas daudzuma) augušām mušām optiskajā daivā, kas Drosophila melanogaster aizņem gandrīz pusi smadzeņu, bija par 40% mazāk neironu, tomēr tā bija strukturāli pilnvērtīgi attīstīta.

Pētījuma rezultāti ļauj izvirzīt hipotēzi, ka labi dokumentētās cilvēka smadzeņu attīstības morfoloģiskās īpatnības barības vielu nepietiekama nodrošinājuma apstākļos var aplūkot plašākā, dažādas dzīvnieku kārtas pārklājošā kontekstā. Iespējams, ka tie paši molekulārie mehānismi, kas, izmantojot evolucionāri iekonservētus signālceļus, regulē drozofīlu smadzeņu optiskās sistēmas attīstību, ir sistēmiski un nepieciešamības gadījumā nosaka CNS adaptācijas arī zīdītājiem.

Avots:

Elodie Lanet, Alex P. Gould, Cédric Maurange. Protection of Neuronal Diversity at the Expense of Neuronal Numbers during Nutrient Restriction in the Drosophila Visual System. Cell Reports, 2013; DOI:10.1016/j.celrep.2013.02.006 

Etiķetes:{tortags,838,1}{/groups}