นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบโปรตีนสำคัญที่ทำให้สมองไม่สมดุล

กลไกทางพันธุกรรมที่เป็นรากฐานของความแตกต่างซ้าย-ขวาอันเป็นเอกลักษณ์ของสมองขณะนี้เข้าใจได้ดีขึ้นผ่านการวิจัยใหม่ ซึ่งปูทางไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับความผิดปกติของมนุษย์ที่เกี่ยวข้องกับความไม่สมมาตรของสมอง

โปรตีนที่เรียกว่า Cachd1 มีบทบาทสำคัญในการสร้างโครงสร้างประสาทและหน้าที่ที่แตกต่างกันของแต่ละซีกของสมอง นักวิจัยจาก UCL, สถาบัน Wellcome Sanger, มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด และผู้ร่วมงานคนอื่นๆ ได้ค้นพบ การศึกษานี้ตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์

จากการทำการทดลองทางพันธุกรรมกับปลาเซบีฟิช นักวิจัยค้นพบว่าเมื่อการกลายพันธุ์ของ Cachd1 เกิดขึ้น สมองซีกขวาจะสูญเสียการพัฒนาที่ไม่สมมาตรตามปกติ และกลายเป็นภาพสะท้อนในกระจกด้านซ้าย ความผิดปกตินี้ทำให้เกิดการเชื่อมต่อของระบบประสาทที่ผิดปกติซึ่งส่งผลต่อการทำงานของสมอง

การค้นพบนี้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับกลไกทางพันธุกรรมที่เป็นสาเหตุของความไม่สมมาตรของสมอง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่พบในสัตว์หลายชนิด รวมถึงมนุษย์ด้วย การทำความเข้าใจกระบวนการเหล่านี้อาจนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับความผิดปกติของมนุษย์ซึ่งส่งผลต่อความไม่สมดุลของสมอง เช่น โรคจิตเภท โรคอัลไซเมอร์ และความผิดปกติของสเปกตรัมออทิสติก

แม้จะมีกายวิภาคแบบกระจกเงา แต่สมองซีกซ้ายและขวาของสมองมนุษย์มีความแตกต่างด้านการทำงานที่ส่งผลต่อการเชื่อมต่อของระบบประสาทและกระบวนการรับรู้ เช่น ภาษา ความแตกต่างระหว่างซ้าย-ขวาในวงจรประสาทเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไรยังคงเป็นที่เข้าใจได้ไม่ดีนัก

การใช้เซบีฟิชซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบที่รู้จักกันดีในการศึกษาพัฒนาการของสมองด้วยตัวอ่อนที่โปร่งใส นักวิจัยตั้งเป้าหมายที่จะศึกษาว่า Cachd1 อาจส่งผลต่อความไม่สมดุลของสมองได้อย่างไร

ทีมงานพบว่าเมื่อ Cachd1 กลายพันธุ์ พื้นที่ของสมองที่เรียกว่าฮาเบนูลาจะสูญเสียความแตกต่างจากซ้ายไปขวาตามปกติ เซลล์ประสาททางด้านขวาจะคล้ายกับเซลล์ประสาททางด้านซ้าย ขัดขวางการเชื่อมต่อของระบบประสาทในฮาเบนูลา และอาจส่งผลต่อการทำงานของมัน

การล้มลงของ cachd1 โดยใช้ morpholinos ส่งผลให้เกิดสมมาตรทวิภาคี (A-B) มุมมองด้านหลังที่ 4 วันหลังการปฏิสนธิของชนิดป่าที่ไม่ได้ฉีดและตัวอ่อนที่ฉีด cachd1 morpholino หลังจากการผสมพันธุ์ ในแหล่งกำเนิด ทั้งหมดโดยใช้ antisense riboprobes กับเครื่องหมายหลัง habenula ที่ไม่สมมาตร kctd12.1 ( C ) RT-PCR แบบกึ่งปริมาณสำหรับการถอดเสียง cachd1 ที่มา: วิทยาศาสตร์ (2024) ดอย: 10.1126/science.ade6970

การทดลองจับกับโปรตีนแสดงให้เห็นว่า Cachd1 จับกับตัวรับสองตัวที่ช่วยให้เซลล์สื่อสารผ่านเส้นทางการส่งสัญญาณ Wnt ซึ่งเป็นหนึ่งในเส้นทางการสื่อสารของเซลล์ที่ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นที่สุด ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาระยะแรก การสร้างเซลล์ต้นกำเนิด และโรคต่างๆ

นอกจากนี้ อิทธิพลของ Cachd1 ดูเหมือนจะเฉพาะเจาะจงต่อสมองซีกขวา ซึ่งบ่งชี้ว่ามีปัจจัยยับยั้งที่ไม่ทราบที่มาซึ่งจำกัดการทำงานของสมองซีกซ้าย แม้ว่ารายละเอียดทั้งหมดยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างชัดเจน แต่หลักฐานแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า Cachd1 มีบทบาทสำคัญในการสร้างความแตกต่างระหว่างสมองซีกซ้ายและขวาที่กำลังพัฒนา โดยควบคุมการสื่อสารในเซลล์โดยเฉพาะทางด้านขวา

การศึกษาในอนาคตจะตรวจสอบว่า Cachd1 มีหน้าที่สำคัญอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับเส้นทาง Wnt หรือไม่

“โครงการนี้เป็นโครงการที่มีการทำงานร่วมกันอย่างมากซึ่งได้รับประโยชน์อย่างมากจากแนวทางแบบสหวิทยาการ ทั้งพันธุศาสตร์ ชีวเคมี และชีววิทยาเชิงโครงสร้างมารวมกันเพื่อทำความเข้าใจการสร้างความไม่สมดุลระหว่างซ้าย-ขวาในสมองได้ดีขึ้น ตลอดจนระบุองค์ประกอบใหม่ของ เส้นทางการส่งสัญญาณที่สำคัญที่มีบทบาทหลากหลายต่อสุขภาพและโรค” ดร.แกเร็ธ พาวเวลล์ ผู้เขียนร่วมของการศึกษานี้ อดีตนักศึกษาปริญญาเอกที่ Wellcome Sanger Institute และปัจจุบันเป็นสมาชิกของ Department of Cell and Developmental Biology ของ UCL กล่าว

“ฉันยินดีที่ได้เห็นการตีพิมพ์งานวิจัยที่มีความร่วมมือสูงนี้ ซึ่งรวบรวมผู้ที่มีความสามารถจำนวนมากซึ่งมีความสนใจและทักษะทางวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันจากสถาบันต่างๆ ทีมงานได้ช่วยให้เราค้นพบสิ่งใหม่ๆ ที่น่าตื่นเต้นทั้งในเส้นทางการส่งสัญญาณ Wnt และการพัฒนาความไม่สมมาตรของสมอง” ศาสตราจารย์สตีฟ วิลสัน ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาจากภาควิชาเซลล์และชีววิทยาพัฒนาการของ UCL กล่าว