Genetisk klocka styr hjärnans utveckling

Hjärnans uppbyggnad från embryostadiet styrs av ett genetiskt urverk i stamcellerna. Den upptäckten av forskare vid Linköpings universitet kan få stor betydelse för att utveckla säkra och effektiva metoder att reparera skador på hjärnan och ryggmärgen.

För att hjärnan ska fungera korrekt krävs att varje nervcellstyp – omkring 10 000 hos människan – bildas i rätt antal under fosterutvecklingen.

– Vi vet att olika stamceller delar sig olika många gånger. De dotterceller som bildas kan också dela sig olika många gånger innan de mognar till färdiga nervceller. Hittills har det varit helt okänt hur dessa delningsbeteenden regleras, säger Stefan Thor, professor i utvecklingsbiologi vid Linköpings universitet.

Foto: _Thor_BalkhedEn tidigare upptäckt av Thors forskargrupp visade hur en genetisk klocka inne i stamcellerna hjälper dem att hålla reda på när det är dags att sluta tillverka en nervcellstyp och börja med nästa. Ett spännande sidoresultat var att även antalet nya celler påverkades när klockan sattes ur spel.

– Vi såg att antingen för få eller för många nervceller bildades när klockan manipulerades och inledde en studie för att undersöka detta närmare. Vi analyserade systematiskt celldelningen i hela nervsystemet och tre specifika stamceller hos bananfluga. Resultatet var häpnadsväckande: samma klockgener som styr vilken sorts nervcell som ska bildas, styrde även hur många gånger varje stamcell och dess dotterceller ska dela sig, säger Stefan Thor.

Studien har publicerats i tidskriften Developmental Cell med Dr. Magnus Baumgardt som försteförfattare.

Forskarna gick vidare och undersökte på vilket sätt stamcellsklockan påverkade delningsbeteendet. De fann att klockgenerna aktiverade eller inaktiverade olika proteiner som styr cellcykeln – ett maskineri som finns i alla celler och bestämmer ifall de ska dela sig eller mogna.

Genom att analysera embryon där de sena klockgenerna slagits ut fick forskarna slående bevis på deras viktiga funktion. I dessa embryon stannade klockan halvvägs, vilket gjorde att stamcellerna fortsatte att dela sig långt efter att de skulle ha stannat och tillverkade enbart den tidiga sortens nervceller.

Upptäckten att detta delningsbeteende är förprogrammerat i stamcellerna kan bana väg för effektivare behandlingar av sjukdomar i hjärnan och övriga centrala nervsystemet. Ett stort problem med dagens metoder är att man har dålig kontroll över hur cellerna delar sig efter transplantation. Nu återstår att se hur lika dessa processer är mellan bananfluga och ryggradsdjur.

Artikel: Global programmed switch in neural daughter cell proliferation mode triggered by a temporal gene cascade av Magnus Baumgardt, Daniel Karlsson, Behzad Y. Salmani, Caroline Bivik, Ryan B. MacDonald, Erika Gunnar och Stefan Thor. Developmental Cell, 28 juli 2014. DOI:10.1016/j.devcel.2014.06.021

Relaterat material

Stefan Thor: Forskning om nervsystemets utveckling   http://www.hu.liu.se/ike/forskning/utvecklingsbiologi/stefan-thor?l=sv

2014-09-22