Світ мікроскопічних клітинних збоїв, прихованих у ранньому розвитку, може визначати розмір і функції людського мозку протягом усього життя.
Міжнародна група дослідників проаналізувала природу «мікроцефалії», тобто «вродженого зменшення об’єму мозку», використовуючи органоїди людського мозку. Ці тривимірні моделі відтворюють ключові етапи ембріонального розвитку. Вони дозволяють досліджувати клітинні процеси без втручання в організм людини. Такий підхід відкриває нові можливості для нейробіології.
Науковці зосередилися на мутаціях у генах актину. Актин є білком цитоскелету, тобто «внутрішньої опорної системи клітини». Порушення його структури впливають на поділ клітин-попередників мозку. Це призводить до зменшення їх кількості. «Наші висновки дають перше клітинне пояснення мікроцефалії», — зазначає Індра Ніхаус.
Органоїди з мутаціями актину виявилися значно меншими. Через тридцять днів вони відставали в рості приблизно на чверть. Особливо зменшилися вентрикулоподібні зони, де формуються нейрони. Саме цей дефіцит обмежує подальший розвиток мозку.
Детальний аналіз показав порушення балансу клітинних популяцій. Апікальні клітини-попередники, ключові для кори мозку, скорочувалися. Натомість зростала кількість базальних клітин. Це свідчило про зсув у часовій програмі розвитку.
Вирішальним чинником стала орієнтація клітинного поділу. За нормальних умов поділ відбувається вертикально. У мутованих клітинах переважали кутові та горизонтальні поділи. «Однієї зміни в цитоскелеті достатньо», — підкреслює Міхаель Гайде.
Контрольний експеримент із застосуванням CRISPR підтвердив генетичну причину ефекту. Штучно введена мутація відтворила ті самі дефекти. Це виключило вплив сторонніх факторів. Таким чином, роль актину була доведена експериментально.
Отримані результати мають діагностичне значення. Вони допомагають точніше класифікувати рідкісні генетичні синдроми. «Органоїди мозку демонструють великий потенціал для медицини», — зазначає Наталія Ді Донато. Дослідження формує основу для майбутніх терапевтичних підходів.