Синдром Миллера — Дикера — редкое нарушение развития головного мозга (ГМ), вызываемое гетерозиготной делецией хромосомы 17p13.3 с участием генов LIS1 и YWHAE. Данное нарушение развития проявляется в лиссэнцефалии — сглаживании извилин коры больших полушарий ГМ в результате недостаточной миграции нейробластов из первичной нервной трубки, изменении формы лица, замедлении роста; развитием множественных патологий сердца, почек и пищеварительного тракта. Факторы, вызывающие подобные нарушения развития, до сих пор были известны лишь частично.
В недавней работе исследователями Боннского университета (University of Bonn), Германия, применена новая технология, с помощью которой стало возможным изучить формирование этого редкого врожденного дефекта развития ГМ. С этой целью эпидермальные клетки пациентов с указанной патологией были модифицированы в плюрипотентные стволовые клетки, из которых в последующем генерировали трехмерные мини-органеллы, наследующие структуру и организацию развивающегося ГМ. Результаты работы опубликованы в издании «Cell Reports».
До настоящего времени исследования процессов развития ГМ с применением клеток человека in vitro были крайне ограничены, поскольку клеточный рост не отражал трехмерной структуры нативных тканей организма. Поэтому в качестве альтернативной модели, позволяющей проводить исследования данного вопроса, использовались лабораторные животные. Однако с учетом сложности организации ГМ человека закономерно, что изучение подобных нарушений развития в моделях на лабораторных животных имело заведомо ограниченную значимость.
Для преодоления этих ограничений в новом исследовании ученые Института реконструктивной нейробиологии Боннского университета (Institute of Reconstructive Neurobiology at the University of Bonn), Германия, применили новейшую разработку в использовании стволовых плюрипотентных клеток. В частности, исследователям удалось in vitro культивировать трехмерные органеллы, обладающие морфологическим подобием со структурами ГМ. Таким образом, наблюдение за дифференциацией и развитием «мини-мозга» in vitro позволило получить представление о процессах самоорганизации отдельных нервных клеток в сложный структурный тканево-органный комплекс. Доктор Джулия Ладевиг (Julia Ladewig), под руководством которой осуществлен данный исследовательский проект, объяснила, что вновь разработанный метод открывает перед учеными совершенно новые возможности в сфере изучения нарушений архитектоники развивающегося мозга. Возможность наблюдать in vitro процессы дифференцировки стволовых клеток, формирования нейроцитов и организации при их участии соответствующих тканей и органных структур подобна шансу слушания сложной оркестровой пьесы, в которой генетический материал играет роль дирижерской палочки. Доктор Филипп Кох (Philipp Koch) в комментариях к работе отметил, что деление и дифференцировка стволовых клеток пациентов с синдромом Миллера — Дикера имели отличия. Так, на начальных этапах в условиях нормального развития для стволовых клеток характерен период экстенсивного размножения и формирования организованных плотных слоев, где лишь малая часть клеток в дальнейшем преобразуется в нейроциты. Однако при наличии генетической мутации, сопряженной с синдромом Миллера — Дикера, нарушена продукция протеинов, ответственных за структурную упорядоченность стволовых клеток, что служит непосредственной причиной нарушения их пространственной организации, а также началу дифференциации плюрипотентных клеток на более ранних стадиях развития. Таким образом, изменения трехмерной структуры нервной ткани являются непосредственным фактором, вызывающим нарушения модели деления клеток.
В недавней работе исследователями Боннского университета (University of Bonn), Германия, применена новая технология, с помощью которой стало возможным изучить формирование этого редкого врожденного дефекта развития ГМ. С этой целью эпидермальные клетки пациентов с указанной патологией были модифицированы в плюрипотентные стволовые клетки, из которых в последующем генерировали трехмерные мини-органеллы, наследующие структуру и организацию развивающегося ГМ. Результаты работы опубликованы в издании «Cell Reports».
До настоящего времени исследования процессов развития ГМ с применением клеток человека in vitro были крайне ограничены, поскольку клеточный рост не отражал трехмерной структуры нативных тканей организма. Поэтому в качестве альтернативной модели, позволяющей проводить исследования данного вопроса, использовались лабораторные животные. Однако с учетом сложности организации ГМ человека закономерно, что изучение подобных нарушений развития в моделях на лабораторных животных имело заведомо ограниченную значимость.
Для преодоления этих ограничений в новом исследовании ученые Института реконструктивной нейробиологии Боннского университета (Institute of Reconstructive Neurobiology at the University of Bonn), Германия, применили новейшую разработку в использовании стволовых плюрипотентных клеток. В частности, исследователям удалось in vitro культивировать трехмерные органеллы, обладающие морфологическим подобием со структурами ГМ. Таким образом, наблюдение за дифференциацией и развитием «мини-мозга» in vitro позволило получить представление о процессах самоорганизации отдельных нервных клеток в сложный структурный тканево-органный комплекс. Доктор Джулия Ладевиг (Julia Ladewig), под руководством которой осуществлен данный исследовательский проект, объяснила, что вновь разработанный метод открывает перед учеными совершенно новые возможности в сфере изучения нарушений архитектоники развивающегося мозга. Возможность наблюдать in vitro процессы дифференцировки стволовых клеток, формирования нейроцитов и организации при их участии соответствующих тканей и органных структур подобна шансу слушания сложной оркестровой пьесы, в которой генетический материал играет роль дирижерской палочки. Доктор Филипп Кох (Philipp Koch) в комментариях к работе отметил, что деление и дифференцировка стволовых клеток пациентов с синдромом Миллера — Дикера имели отличия. Так, на начальных этапах в условиях нормального развития для стволовых клеток характерен период экстенсивного размножения и формирования организованных плотных слоев, где лишь малая часть клеток в дальнейшем преобразуется в нейроциты. Однако при наличии генетической мутации, сопряженной с синдромом Миллера — Дикера, нарушена продукция протеинов, ответственных за структурную упорядоченность стволовых клеток, что служит непосредственной причиной нарушения их пространственной организации, а также началу дифференциации плюрипотентных клеток на более ранних стадиях развития. Таким образом, изменения трехмерной структуры нервной ткани являются непосредственным фактором, вызывающим нарушения модели деления клеток.
