Salamander können ihr Gehirn regenerieren

Dies zeigt ein psychedelisches Gehirn

Zusammenfassen: Salamander haben die Fähigkeit, Gehirnregionen nach Verletzungen zu regenerieren. Die Forscher kartierten die Zelltypen und Gene, die mit der Neurodegeneration im Salamandergehirn in Verbindung stehen, und fanden einige Ähnlichkeiten im menschlichen Gehirn. Die Erkenntnisse könnten den Weg für neue neurodegenerative Therapien ebnen.

Ressource: Gespräch

Dies Salamander (Mexikanischer Pilz) ist ein aquatischer Salamander, der für seine Fähigkeit bekannt ist Regenerieren Sie Rückenmark, Herz und GliedmaßenDiese Amphibien auch Einfach neue Neuronen herzustellen in ihrem Leben. 1964 beobachteten Forscher, dass erwachsene Salamander dies könnten Regenerieren Sie einen Teil des Gehirns, auch wenn ein großer Teil komplett entfernt wird.Aber eine Studie fand heraus, dass Salamander Gehirnregeneration Die Fähigkeit, die ursprüngliche Gewebestruktur zu rekonstruieren, ist begrenzt.

Wie also regenerieren Salamander ihr Gehirn nach einer Verletzung perfekt?

Als ein Forscher, der die Regeneration auf zellulärer Ebene untersuchtmeine Kollegen und ich sind dabei Treutlein Labor an der ETH Zürich und Tanaka-Labor Am Institut für Molekulare Pathologie in Wien fragte er sich, ob Salamander all die verschiedenen Zelltypen in ihrem Gehirn regenerieren könnten, einschließlich der Verbindungen, die eine Gehirnregion mit einer anderen verbinden.

in unserer kürzlich veröffentlichte Forschungsergebnissehaben wir einen Atlas der Zellen erstellt, die einen Teil des Salamandergehirns bilden, und zeigen, wie es sich regeneriert und wie sich das Gehirn über die Arten hinweg entwickelt.

Warum auf Zellen schauen?

anders Zelltyp Es gibt verschiedene Funktionen. Sie können sich auf bestimmte Rollen spezialisieren, weil jeder von ihnen unterschiedliche Gene exprimiert. Zu verstehen, welche Arten von Zellen sich im Gehirn befinden und was sie tun, kann helfen, das Gesamtbild der Funktionsweise des Gehirns zu beleuchten. Es ermöglicht Forschern auch, die Evolution zu vergleichen und zu versuchen, biologische Trends zwischen den Arten zu finden.

Eine Möglichkeit herauszufinden, welche Zellen welche Gene exprimieren, ist die Verwendung einer Technik namens Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq)Dieses Tool ermöglicht es Forschern, die Anzahl der aktiven Gene in jeder Zelle einer bestimmten Probe zu zählen. Dies liefert eine “Momentaufnahme” der Aktivität, die jede Zelle zum Zeitpunkt der Sammlung durchgeführt hat.

Bildnachweis: UCSF

Das Tool hilft, die im Gehirn von Tieren vorhandenen Zelltypen zu verstehen.Wissenschaftler haben scRNA-seq für verwendet Fische, Reptil, Maus und sogar MenschheitAber ein wichtiger Teil des Puzzles der Gehirnentwicklung ist verloren gegangen: Amphibien.

Kartierung axonaler Gehirne

Unser Team beschloss, sich darauf zu konzentrieren Fernhirn Salamander.Beim Menschen ist das Telencephalon der größte Teil des Gehirns und enthält a Neokortexspielt eine Schlüsselrolle im Verhalten und der Kognition von Tieren.

Während der jüngsten Evolution hat der Neokortex Große Größenzunahme im Vergleich zu anderen Gehirnregionen.Ebenso haben die Zelltypen, aus denen das Telenzephalon besteht, im Allgemeinen sehr vielfältig Und es ist mit der Zeit komplexer geworden, was die Region zu einem interessanten Studiengebiet macht.

Wir haben scRNA-seq verwendet, um die verschiedenen Arten von Zellen zu identifizieren, aus denen das Salamander-Tenzephalon besteht, einschließlich verschiedener Arten von Neuronen und Vorläuferzellenoder Zellen, die sich in mehrere von sich selbst teilen oder zu anderen Zelltypen werden können.

Wir haben identifiziert, welche Gene aktiv sind Vorläuferzellen werden zu Neuronenund fanden heraus, dass viele einen Zwischenzelltyp namens Neuroblasten durchlaufen – von dem bisher nicht bekannt war, dass er in Salamandern existiert – bevor sie zu reifen Neuronen werden.

Bildnachweis: TED Ed

Anschließend testeten wir die Regeneration des Salamanders, indem wir einen Teil seines Mittelhirns entfernten.benutze einen Spezielle Methoden für scRNA-seqkonnten wir alle neuen Zellen in verschiedenen Stadien der Regeneration von 1 bis 12 Wochen nach der Verletzung erfassen und sequenzieren. Letztendlich stellten wir fest, dass alle entfernten Zelltypen vollständig wiederhergestellt wurden.

Wir haben beobachtet, dass die Gehirnregeneration in drei Hauptstadien abläuft. Das erste Stadium beginnt mit einem schnellen Anstieg der Anzahl an Vorläuferzellen, von denen ein kleiner Teil den Wundheilungsprozess aktiviert. Im zweiten Stadium beginnen Vorläuferzellen, sich zu Neuroblasten zu differenzieren. Schließlich differenzieren sich Neuroblasten im dritten Stadium in die gleiche Art von Neuronen, die ursprünglich verloren gegangen sind.

Überraschenderweise beobachteten wir auch, dass die abgeschnitten neuronale Verbindung Es gab eine Wiederverbindung zwischen dem entfernten Bereich und dem Rest des Gehirns. Diese Umverdrahtung zeigt, dass auch der Regenerationsbereich seine ursprüngliche Funktion wiedererlangt hat.

siehe auch

Amphibien und das menschliche Gehirn

Das Hinzufügen von Amphibien zum evolutionären Puzzle ermöglicht es den Forschern, abzuleiten, wie sich das Gehirn und seine Zelltypen im Laufe der Zeit verändert haben, sowie die Mechanismen hinter der Regeneration.

Als wir unsere Salamanderdaten mit anderen Arten verglichen, stellten wir fest, dass die Zellen in seinem Mittelhirn eine starke Ähnlichkeit mit Säugetieren aufweisen HippocampusGehirnregionen, die an der Gedächtnisbildung beteiligt sind, und olfaktorischer Kortex, ein Bereich des Gehirns, der am Geruchssinn beteiligt ist. Wir fanden sogar heraus, dass ein axonaler Zelltyp einige Ähnlichkeiten mit dem Neocortex aufweist, der Gehirnregion des Menschen, die für Wahrnehmung, Denken und räumliches Denken bekannt ist.

Diese Ähnlichkeiten legen nahe, dass diese Regionen des Gehirns evolutionär konserviert oder im Laufe der Evolution vergleichbar bleiben und dass der Neokortex von Säugetieren einen angestammten Zelltyp im Telencephalon der Amphibien haben könnte.

Dies zeigt einen Salamander.
Salamander sind Modellorganismen, mit denen Forscher eine Vielzahl biologischer Themen untersuchen.Das Bild ist gemeinfrei

Während unsere Forschung den Prozess der Gehirnregeneration beleuchtet, einschließlich der beteiligten Gene und wie Zellen schließlich zu Neuronen werden, wissen wir immer noch nicht, was externes Signal Starten Sie den Prozess. Außerdem wissen wir nicht, ob die von uns identifizierten Prozesse auch für spätere Evolutionstiere wie Mäuse oder Menschen gelten.

Aber wir sind nicht allein bei der Lösung des Rätsels der Gehirnentwicklung.Dies Tosh-Labor Vielfalt der an der Columbia University erforschten Zelltypen Noch ein Salamander, seitliches Ohrwährend er Mitarbeiter des Fei-Labors der Guangdong Academy of Medical Sciences in China und eines Life-Sciences-Unternehmens ist BGI Erkunden Sie, wie Zelltypen Räumliche Anordnung im Salamander-Vorderhirn.

Die Identifizierung aller Zelltypen im Salamandergehirn könnte auch dazu beitragen, den Weg für innovative Forschung in der regenerativen Medizin zu ebnen.Maus und menschliche Gehirne haben weitgehend arbeitsunfähig Selbstheilung oder Regeneration. medizinischer Eingriff Bei schweren Hirnverletzungen liegt der Schwerpunkt derzeit auf Medikamenten und der Stammzelltherapie, um die Reparatur zu fördern oder zu erleichtern.

Die Untersuchung der Gene und Zelltypen, die dem Salamander eine nahezu perfekte Regeneration ermöglichen, könnte der Schlüssel sein, um die Behandlung schwerer Verletzungen zu verbessern und das regenerative Potenzial beim Menschen freizusetzen.

Über diese Neuigkeiten aus der Neuroregeneration und der evolutionären neurowissenschaftlichen Forschung

Autor: Ashley Maynard
Ressource: Gespräch
berühren: Ashley Maynard – Gespräch
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