Исследователи выявили значительные различия в активности генов между передней и задней областями гиппокампа. Гены, связанные с депрессией и другими расстройствами поведения, более активны в передней части гиппокампа, в то время как гены, связанные с когнитивными расстройствами, такими как расстройства аутистического спектра, более активны в задней части гиппокампа.

Исследование активности генов в гиппокампе головного мозга, проведенное учеными Юго-Западного медицинского центра, выявило заметные различия между передней и задней частями этого региона.

Результаты исследования, опубликованные сегодня в журнале Neuron, могут пролить свет на различные заболевания мозга, в которых задействован гиппокамп, и, возможно, в конечном итоге помогут найти новые, целенаправленные методы лечения.

"Эти новые данные показывают различия на молекулярном уровне, которые позволяют нам взглянуть на передней и задней части гиппокампа совершенно по-новому", - говорит руководитель исследования Женевьева Конопка, доктор философии, доцент кафедры неврологии в UTSW.

Она и соруководитель исследования Брэдли К. Лега, доктор медицинских наук, доцент кафедры неврологической хирургии, неврологии и психиатрии, объясняют, что гиппокамп человека обычно считается однородной структурой, играющей ключевую роль в памяти, пространственной навигации и регуляции эмоций. Однако некоторые исследования показывают, что два конца гиппокампа - передний, направленный вниз к лицу, и задний, направленный вверх к затылку, - выполняют разную работу.

Ученые предполагают, что передний гиппокамп может быть более значителен для эмоций и настроения, в то время как задний гиппокамп может быть более для познания. Однако, по словам Конопки, стипендиата Джона Хайтена в области исследований аутизма, ученым еще предстояло изучить, существуют ли различия в активности генов между этими двумя половинами.

Для исследования Конопка и Лега, сотрудники Института мозга Питера О'Доннелла-младшего, и их коллеги выделили образцы переднего и заднего гиппокампа у пяти пациентов, у которых эта структура была удалена для лечения эпилепсии.

Припадки часто происходят из гиппокампа, объясняет Лега, который проводил операции. Хотя аномалии мозга вызывают эти припадки, микроскопический анализ показал, что ткани, использованные в данном исследовании, были анатомически нормальными.

После удаления образцы подверглись секвенированию одноядерной РНК (snRNA-seq), которое оценивает активность генов в отдельных клетках. Хотя snRNA-seq показало, что в обоих отделах гиппокампа находятся в основном одни и те же типы нейронов и опорных клеток, активность специфических генов в возбудительных нейронах - тех, которые стимулируют другие нейроны к активизации - значительно различалась между передней и задней частями гиппокампа.

Заметные различия в активности генов были выявлены в передней части гиппокампа, которая направлена вниз к лицу, и в задней, которая направлена вверх к затылку.

Когда исследователи сравнили этот набор генов со списком генов, связанных с психиатрическими и неврологическими расстройствами, они обнаружили значительные совпадения. Гены, связанные с расстройствами настроения, такими как большое депрессивное расстройство или биполярное расстройство, как правило, более активны в передней части гиппокампа; и наоборот, гены, связанные с когнитивными расстройствами, такими как расстройство аутистического спектра, как правило, более активны в задней части гиппокампа.

Лега отмечает, что чем больше исследователи смогут оценить эти различия, тем лучше они смогут понять расстройства, в которых задействован гиппокамп.

"Идея о том, что передний и задний гиппокамп представляют собой две разные функциональные структуры, не совсем нова, но в клинической медицине она недооценивается", - говорит он. "Пытаясь понять процессы болезни, мы должны помнить об этом".

Другие исследователи UTSW, принявшие участие в этом исследовании: Фатма Айхан, Ашвиникумар Кулкарни, Стефано Берто, Картигаини Сивапракасам и Коннор Дуглас.

Гиппокамп поддерживает многие аспекты познания, включая обучение, память и эмоциональную обработку. Анатомически гиппокамп расположен вдоль продольной оси, задне-передней у приматов.

Структура, функции и связи гиппокампа варьируются вдоль этой оси. В гиппокампе человека продольная функциональная неоднородность остается активной областью исследования, а структурная неоднородность не описана.

Чтобы понять клеточное и молекулярное разнообразие вдоль длинной оси гиппокампа в человеческом мозге и определить молекулярные подписи, соответствующие функциональным доменам, ученые провели одноядерное секвенирование РНК в хирургически резецированном переднем и заднем гиппокампе человека от пациентов с эпилепсией, определив дифференциально экспрессированные гены с клеточным разрешением.

Далее определили специфические для оси и типа клеток сигнатуры экспрессии генов, которые дифференцированно пересекаются с генетическими сигналами человека, выявляя специфические для типа клеток гены в заднем гиппокампе для когнитивных функций и в переднем гиппокампе для настроения и поведения. 

Перевод: Агеева Александра