Hjärnans tidiga genetiska utveckling kartlagd

En internationell forskargrupp ledd från Karolinska Institutet har kartlagt hjärnans tidiga genetiska utveckling och kan nu presentera en atlas över den embryonala utvecklingen mellan vecka 6 och 13.

– Det är den första heltäckande studien av hjärnans utveckling med fokus på genreglering. Tidigare har det gjorts studier som i stort sett alltid har fokuserat på cortex, alltså hjärnbarken. Vår studie är en systematisk kartläggning av hela hjärnan så att man kan jämföra alla regioner med varandra, säger Sten Linnarsson, professor i molekylär systembiologi vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik vid Karolinska Institutet och forskningsledare för studien.

När hjärnan börjar utvecklas i det tidiga embryot börjar det med något som kan liknas vid ett rör, där väggarna i röret kommer att utvecklas till hjärnan och den vätskefyllda mitten av röret blir ventriklarna, hjärnans hålrum.

Mellan graviditetsvecka 6 och 13 sker en snabb specialisering av cellerna i väggarna på röret. Det sker genom en mycket avancerad kaskadreaktion där ämnen utsöndras som ger signal till de första cellerna att utvecklas på ett visst sätt. Dessa celler utsöndrar sedan nya signaler som styr nästa steg i cellutvecklingen och så vidare.

Signalerna aktiverar gener som producerar protein som är det som specialiserar de olika celltyperna och som också fungerar som nya signaler.

– Det är den här processen, hur, i vilken ordning och i vilka celltyper aktiveras gener under den här processen där hjärnan bildas som vi har studerat. Vi ville följa processen från DNA till RNA, till proteinet i varje steg, säger Sten Linnarsson.

Forskningen har genomförts med en metod som kan mäta både aktiva regioner på DNA och bildade RNA-strängar i enskilda celler. Sedan har forskarna lagt pusslet och kan nu presentera en karta över hur det går till.

Forskningen är en del av det större svenska projektet ”Human Developmental Cell Atlas” där olika forskningsgrupper har studerat den genetiska utvecklingen av hjärna, hjärta, lungor och så vidare. Forskningen i projektet går nu vidare och forskarna använder kartorna för att hitta svar på vad som gått fel vid sjukdom och i en förlängning hur det kan behandlas.

– Vi studerar nu uppkomsten av hjärncancer hos barn. Det är som tur är en ovanlig sjukdom, men av de olika sjukdomar som leder till död hos barn så är det en av de vanligare. Vi studerar tumörerna som uppstår under hjärnans embryonalutveckling och använder atlasen för att försöka förstå vilka mekanismer hos den normala utvecklingen som har gått snett och hur det driver tumörbildningen och tumörtillväxten, säger Sten Linnarsson.

Publikation: “Chromatin accessibility during human first-trimester neurodevelopment” Camiel C.A. Mannens, Lijuan Hu, Peter Lönnerberg, Marijn Schipper, Caleb C. Reagor, Xiaofei Li, Xiaoling He, Roger A. Barker, Erik Sundström, Danielle Posthuma, Sten Linnarsson, Nature, online 1 maj 2024, doi: 10.1038/s41586-024-07234-1

Länk till studien: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07234-1

Forskningen finansierades av Familjen Erling-Perssons Stiftelse, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Stiftelsen för strategisk forskning och EC Horizon 2020. Sten Linnarsson är vetenskaplig rådgivare till Moleculent, Combigene och Oslo University Center of Excellence in Immunotherapy. Han och förstaförfattaren Camiel Mannens är även aktieägare i EEL Transcriptomics AB som äger immateriella rättigheter till EEL-FISH.

Källa: Karolinska Institutet.