Serebellar Desen Oluşumu anlama

Ben Kathy Millan. Chicago Üniversitesi'nde İnsan Genetiği Bölümü'nde ve aynı zamanda Nöroloji Bölümü'nde Yardımcı Doçent olarak görev yapıyorum. Ve ben beyin gelişimi üzerinde çalışıyorum ve özellikle Cere Butler gelişimi üzerinde çalışıyorum, beyincik, beynin burada, kafatasının arkasında kalan kısmı.

Ve en çok motor gelişimindeki rolüyle ünlü, ancak pek çok şeye dahil olduğu ortaya çıktı. Ve bu beynin gerçekten ilginç bir parçası: Örüntü Oluşumu, biyolojik bir sistemde örüntünün geliştirilmesidir. Ve bu, gelişim biyologlarının neredeyse her şeyi ifade etmek için yumuşacık bir şekilde kullandıkları kelimelerden biridir.

Ve bunun ne anlama geldiği gerçekten belli değil. Sanırım her gelişim biyoloğu size bunun benim için ne anlama geldiğine dair farklı bir versiyon verecektir. Bunun anlamı, beynin veya özellikle beyinciğin yukarıdan ve aşağıdan nasıl bildiği, nasıl bildiği, sol ve sağı nasıl tanımladığınızdır.

Yapının hangi bölümünün, hangi bölümünün olacağına nasıl karar veriyorsunuz? Ve bu kritik, temel erken embriyonik kararları verdikten sonra, beynin Beyincik dediğimiz zarif desenli kısmını oluşturmak için tüm hücresel yapıyı nasıl bir araya getirirsiniz? Bu yüzden beyincik gelişimi ve gelişmekte olan beyincikteki örüntü bilgisi ile gerçekten ilgileniyoruz.

Çünkü beyincik zarif desenli bir dokudur. Çok fazla hücre katmanı yok ve çok fazla hücre tipi yok. Yani beynin diğer bölümlerine göre, özellikle, şey, nispeten basit bir yapıdır.

Ve ayrıca beyinciğin çok özel bir işlevi olduğu için veya birçok işlevden biri motor koordinasyondur. Farelerde veya insanlarda serebellar anormallikler olduğunda, ortaya çıkan fenotiplerden biri motor koordinasyon bozukluğudur. Ve böylece yüz yıl kadar süren fare genetiğinde, keşfedilmiş ve bir dereceye kadar karakterize edilmiş çok sayıda spontan fare mutantı olmuştur, ama aynı zamanda sadece izole edilmiş ve Jackson Laboratuvarları'nda rafta duran ve motor anormallikleri olan fareler oldukları yerde.

Ve bu farelerin büyük bir kısmında, sanırım yaklaşık 60'tan fazla spontan suşun serebellar gelişimsel anormallikleri var. Ve bu kaynak, serebellar örüntü oluşumunu sağlayan gelişimsel mekanizmaların neler olduğunu araştırmak için gerçekten değerli, zengin bir kaynaktır. Laboratuvarımın odaklandığı konulardan biri, İnsan Genom Projesi ve Fare Genom Projesi'nden aldığımız tüm araçları almak ve bu moleküler reaktifleri kullanarak tüm bu spontan mutantlarda mutasyona uğramış mutant olan genleri bulmak.

Ve bu mutantları bularak, genleri bulmak için fenotip merkezli bir yaklaşım benimsiyoruz. Yani rastgele genleri alıp onları devre dışı bırakmıyoruz. Fenotipleri buluyoruz ve genleri buluyoruz çünkü bu yaklaşımı kullanarak, özellikle ilgilenilen sistemle özellikle ilgili olan genleri buluyoruz.

Laboratuvarımız ve diğer birçok laboratuvar bu spontan fare mutantlarının bir kısmını klonladı. Ve bu spontane fare mutantları gerçekten ilginç yeni biyolojiye yol açtı. Çünkü bu fenotip odaklı yaklaşımı benimsiyoruz.

Ne tür genler bulacağımız konusunda herhangi bir önyargımız yok. Özellikle dal ho analogları veya kanal mutasyonları aramıyoruz. Fenotiplerin dikte ettiği genlere ulaşıyoruz.

Ve bu nedenle, birçok yeni biyoloji öğreniyoruz. Örneğin, laboratuvarımın üzerinde çalıştığı genlerden biri veya fenotiplerden biri ve ben başka bir meslektaşım olan Jim Linig ile birlikte doktora sonrası araştırmacı olduğumuzda, dre adında bir fare mutantı üzerinde çalıştık, bu da Almanca'da topaç çevirme veya topaç gibi dönme anlamına geliyor. Ve bu fare mutantları ilk olarak 1929'da Almanya'da ortaya çıktı ve Jackson Laboratuvarları'nda birikiyor.

Bu özel lokusun birden fazla aleli vardır ve beyinciğin yanlış oluştuğu bilinmektedir. Yani tüm serebellar hücre tipleri oradaydı, ama beyinciğin paterni anormaldi. Orta kısımda verus adı verilen orta kısım eksikti.

Ve bu farelerde yetişkin fenotipine yol açan erken bir embriyonik fenotip olduğunu keşfettik. Ve fenotip, LMX one A adı verilen bir gendeki mutasyonun bir sonucuydu, bu da birinci kutuyu içeren uzuv homeo alanı anlamına gelir. Yani L LMX bir A geni aslında gelişim biyolojisinde gerçekten ilginç ve önemli bir gene dönüşüyor çünkü merkezi sinir sisteminde neyin olduğunu veya neyin dorsal olduğunu tanımlamada en kritik genlerden biri.

Ve bu nadir mutasyon olmadan, hiç kimse bu genin ne yaptığını bilmiyordu. Aslında, pankreastaki insülin üreten hücrelerde başka nedenlerle bulunmuştu. Ve diğer insanlar diyabetteki potansiyel rolü için çalışıyorlardı.

Ama aslında, LMX'in gerçekten kendi başına yaşlanmasının pankreas gelişiminde veya kuşgözü hücresi gelişiminde hiçbir rolü olmadığı ortaya çıktı. Ve aslında, gelişimdeki ana rolü, merkezi sinir sisteminde dorsal desenlenmeyi yönlendirmektir. DR Genini, LMX bir A genini ilk klonladığımızda, bunun sadece merkezi sinir sisteminin dorsal kısmında ifade edildiğini fark ettik.

Ve aslında, bu sadece merkezi sinir sisteminin dorsal kısmında veya beyinciğin hemen etrafında adlandırılan çatı plakasında ifade edilmez. Aslında, fare embriyosunun tüm eksenel uzunluğu boyunca merkezi sinirin dorsal kısmında ifade edilir. Ve aslında, şimdiye kadar incelediğimiz her omurgalının tüm eksenel uzunluğu boyunca ifade ediliyor.

Ve her yerde dorsal olarak ifade edildiği için, merkezi sinir sisteminin diğer kısımlarında dorsal olarak bir rolü olması gerektiğini düşündük. Ve böylece aslında omurilikteki DR farelerinin fenotipini karakterize etmek için çok zaman harcadık çünkü omurilik aslında CNS gelişimini anlamak için beyincikten çok daha iyi bir model sistemdir, çünkü üç boyutlu olarak çok daha az karmaşıktır. Çok daha az üç boyutlu yapıya sahip.

Civcivlere geçerek, LMX one A'nın omurilikteki rolünün ne olduğunu anlamak için çok sayıda reaktiften yararlanabildik. Ve omurilikten beyinciklere geri döndük. Ve dürüst olmak gerekirse, civciv yetiştirme teknolojisi olmasaydı, LMX bir genin ne işe yaradığını gerçekten çok iyi anlayabilirdik, laboratuvarımda doktora sonrası araştırmacı olan Victor Chiko, bu deneyleri gerçekten alan ve onlarla çalışan kişiydi.

Ve o, LMX bir genin ne işe yaradığını ve merkezi sinir sistemindeki birincil rolünü Chick elektroporasyon sistemini kullanarak anlayan kişiydi. Ve dürüst olmak gerekirse, civciv elektroporasyonu olmadan bu kadar ilerleme kaydedebileceğimizi düşünmüyorum. Yani civciv elektroporasyonu gerçekten değerli bir teknoloji çünkü gelişmekte olan civciv sinir sisteminde genleri hızlı bir şekilde aşırı eksprese edebilir, iki veya üç günlük kuluçka sonrası sonuç alabilir ve analiz edilebilir fenotipler elde edebilirsiniz.

Eğer farelerde gen manipülasyonları yapmaya çalışsaydınız, bu transgenik hayvanlar için birkaç ay sürerdi ve nakavtlar için, vb., bu en az bir buçuk yıl sürerdi. Ve böylece civciv yetiştirme sistemi gerçekten değerli bir sistem çünkü gen ifadesini manipüle edebiliyorsunuz ve fenotipleri hızlı bir şekilde bulabiliyorsunuz. Bu nedenle, gelişmekte olan civciv sinir sisteminde, özellikle de gelişmekte olan omurilikte aşırı eksprese edildiğinde yaşlanan LMX, merkezi sinir sisteminin veya omuriliğin tüm sırt kısmının, merkezi sinir sisteminin veya çatı plakasının bir sırt kısmına dönüşmesine neden oldu.

Ve bu bize, Victor'un yaptığı bir dizi başka deneyle birlikte şunu söyledi: LMX one A, tavan plakasının tüm farklılaşma programını yönlendirmekten tek başına sorumluydu. Ve bu önemlidir, çünkü tavan plakası gelişmekte olan sinir sisteminde kritik bir sinyal merkezidir. Bir çatı plakanız yoksa, bitişik nöral tüp hücrelerine dorsal duyusal nöronlara dönüşmelerini söylemek için morfojen salgılarsınız.

Ve bu sinyaller olmadan, bu hücreler bir ara hücre tipinin varsayılan durumuna geçer. Ve omurilikteki dorsal nöronların çoğunu kaybedersiniz, ama aynı zamanda gelişmekte olan beyincikte de kaybedersiniz. Ve tavuk nöral tüpü dışında başka bir sistem kullanarak bu sonuca kolayca varabileceğimizi sanmıyorum.

Serebellar gelişimle gerçekten ilgileniyoruz, sadece fare sistemlerinde ve civcivlerde bulunan temel biyoloji nedeniyle değil, aynı zamanda insanlarda da serebellar malformasyonlar var. Ve bu insan serebellar malformasyonları gerçekten tam olarak anlaşılamamıştır. Ve böylece, insan beyni malformasyonları konusunda dünyanın uzmanlarından biri olan Dr. William Dobbins ile işbirliği içinde, birlikte, insan serebellar malformasyon genlerini bulmak için bir proje başlattık.

Ve birkaç yaklaşım benimsiyoruz. Yaptığımız en büyük şeylerden biri, bir DNA veri tabanı ve klinik bir veri tabanı oluşturduk, burada tanımlanmış insan serebellar malformasyonları olan 500'den fazla hastayı işe aldık ve MRG'lerin görüntülerini topladık ve bunları DNA örnekleriyle ilişkilendirdik, böylece bunu gen avcılığı için bir kaynak olarak kullanabiliriz çünkü insan serebellar malformasyonlarının hiç de iyi kategorize edilmediği ortaya çıktı. Ve dürüstçe söyleyebilirim ki, çalışmalarımız boyunca aldığımız her 10 taramadan, bu taramalardan en az biri, daha önce hiç tanımlanmamış ve gerçekten tanınmamış bir malformasyondur.

En sık görülen insan serebellar malformasyonu Dandy Walker malformasyonu olarak adlandırılır ve klinisyenler tarafından en çok tanınan malformasyondur. Ama görünen o ki, bu insan serebellar dünyasının bir tür çöp teşhisi. Herhangi bir hekim veya birçok hekim, anormal bir beyincik gördüklerinde züppe yürüteç olarak sınıflandırılır.

Ve böylece hastaları Dandy Walker malformasyon çalışmamıza dahil ettik ve her türlü farklı ilginç serebellar malformasyonu bulduk. Bu kaynağı yeni serebellar gelişimsel genler bulmak için kullanıyoruz, çünkü bir gelişim biyoloğu olarak, insanların büyük bir mutajenez deneyi olduğunu düşünüyorum. Yeni gelişimsel genler bulmak için harika bir kaynaktırlar.

Bu yüzden bu genleri bulmak için çeşitli yaklaşımlar benimsiyoruz. Bu yaklaşımlardan biri, farelerde çözdüğümüz ve insanlarda serebellar gelişimde rolü olan genleri almak ve bu genleri sıralamaktır. Ve aslında, kısa bir süre önce ilk insan LMX one A mutasyonunu tanımladık.

Şimdiye kadar, temel bilim araştırmalarımızın klinik araştırmalara yönelik uygulamaları gerçekten sınırlı oldu. Ama bu gerçekten çok hızlı değişiyor. Yeni ve yeni genler buldukça, etkilenen çocukların ailelerine yeni genetik danışmanlık bilgileri sağlayabiliriz.

Ve açıkçası, araştırmamızın en büyük etkisini burada görüyorum. Bu yüzden beş yıl içinde beş yıl alanı için vizyonum, hem fare modellerinin karakterizasyonu hem de insan serebellar malformasyonları üzerinde yapılan çalışmalarla çok daha fazla gen keşfinin gerçekleşmiş olacağıdır. Serebellar gelişimde rol oynayan genler hakkında daha fazla bilgi sahibi olacağız.

Ve sonra amaç, bu genlerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiği ve bu genlerin gerçek biyolojiyi nasıl yönlendirdiği olmalı. Bir beyincik oluşturmak için meydana gelen tüm farklı hücresel olayları nasıl yönlendirirler? Ve bence beyincik tüm merkezi sinir sistemi için gerçekten ideal bir model çünkü açıkçası, sadece beş ila yedi temel nöronal hücre tipi var.

Hepsi çeşitli basmakalıp bir şekilde düzenlenmiştir. Bu öncüllerin özelliklerini ve erken farklılaşmasını sağlayan moleküller hakkında giderek daha fazla şey öğreniyoruz. Bu hücrelerin nasıl çoğaldığını giderek daha fazla anlıyoruz.

Bu yüzden sanırım bundan beş yıldan fazla bir süre sonra, ama nihayetinde alanın, beyinciğin olgun formunu elde etmek için serebellar gelişim boyunca tüp gelişimine kadar gidebileceğini görüyorum. Ve bence beyincik nispeten basit bir sistem olduğu için, tüm beyinciğin tüm merkezinin oluşumunu sağlayan molekülleri ve gelişimsel olayları gerçekten anlama umudumuz var. Ve bence bu gerçekten önemli, sadece insanlarda genetik tanı alanı için değil, aynı zamanda serebellar gelişim alanı için de önemli, ama aynı zamanda bu mekanizmaların beynin diğer kısımlarına da uygulanacağını düşünüyorum.

Beyincik nispeten basit bir yapıdır, ancak gelişimsel olayların çoğu beyinciklere özel olmayacaktır. Beyincikten öğrendiklerimizi, serebral korteks gibi merkezi sinir sisteminin diğer daha karmaşık bölgelerine götürebilir ve öğrendiğimiz dersleri ve yolları alabilir ve bunların beynin geri kalanına nasıl uygulandığını anlayabiliriz.