Международная команда исследователей создала подробную трехмерную карту распределения жировых молекул в мозге мышей и выявила 539 химически различающихся зон. Работа показала, что даже ткани, которые прежде считались относительно однородными, устроены сложнее, чем предполагалось. Кроме того, ученые обнаружили значительные изменения химического состава мозга во время беременности. О том, как новое исследование помогает понять устройство мозга, — в материале «Известий».

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны изучили липиды — жироподобные молекулы, которые входят в состав мембран нервных клеток, участвуют в формировании миелина и играют важную роль в передаче сигналов между клетками. Несмотря на их значение для работы мозга, ученым до сих пор было сложно подробно определить, как разные виды липидов распределяются по его областям.

Для создания карты команда использовала масс-спектрометрическую визуализацию — метод, позволяющий определять молекулы в тонких срезах ткани и устанавливать их расположение. Ученые исследовали 172 вида липидов в 109 срезах мозга 11 мышей. В результате получили около 7 млн измерений, которые с помощью методов машинного обучения объединили в трехмерную модель. Работа опубликована в журнале Nature.

На карте исследователи выделили 539 химически различающихся областей, названных липизонами. Каждая из них характеризуется собственным сочетанием липидов. Некоторые зоны совпали с уже известными анатомическими структурами, другие выявили химические границы и связи между удаленными участками мозга, которые трудно обнаружить с помощью карт, основанных на активности генов.

Джованни Д'Анджело, профессор Федеральной политехнической школы Лозанны и автор исследования

По сути, липиды работают как почтовые индексы, присваивая удаленным, но связанным друг с другом участкам мозга один и тот же химический адрес.

Одним из неожиданных результатов стало обнаружение множества химически различных зон в белом веществе мозга. Оно состоит преимущественно из нервных волокон, которые соединяют разные области мозга, и прежде его рассматривали как относительно однородную ткань.

Новая карта показала, что распределение липидов внутри белого вещества неодинаково. По словам автора исследования Луки Фузара Бассини, это указывает на то, что клетки, формирующие миелин — оболочку вокруг нервных волокон, — значительно разнообразнее по своему химическому составу, чем можно предположить на основании одних лишь генетических данных.

Ученые также обнаружили ранее не описанные химические границы в сосудистом сплетении — структуре, которая производит спинномозговую жидкость, — и в тканях, выстилающих внутренние полости мозга. Эти результаты показывают, что изучение липидов позволяет выявлять особенности организации мозга, которые не всегда заметны при анализе его анатомии или генетической активности. Полученная карта может дополнить существующие данные о клетках и генах и помочь точнее описать устройство нервной ткани.

Помимо особенностей строения мозга, исследователи изучили, как его химический состав меняется во время беременности. Для этого они сравнили распределение липидов у беременных мышей с другими исследованными животными.

Изменения обнаружились сразу в нескольких областях мозга. В целом они оказались более выраженными, чем типичные различия в составе липидов между самцами и самками. Особенно заметные сдвиги произошли в коре — наружном слое мозга. Кроме того, во многих участках белого вещества резко увеличилось содержание галактозилцерамида — важного компонента миелина. Эта оболочка помогает нервным волокнам эффективно передавать сигналы.

Джоэле Ла Манно, автор исследования

В совокупности эти изменения позволяют предположить, что мозг перенастраивает собственные нервные связи, чтобы соответствовать потребностям беременности.

При этом исследование проводили на мышах. Оно показывает, что беременность сопровождается масштабными изменениями липидного состава их мозга, однако само по себе не доказывает, что у людей происходят точно такие же процессы или что обнаруженные изменения имеют конкретные последствия для поведения и когнитивных функций.

Созданный атлас может стать основой для дальнейших исследований развития мозга, старения и неврологических заболеваний. Ученые смогут сравнивать распределение липидов в здоровой ткани с изменениями, возникающими при болезни Альцгеймера, депрессии и других нарушениях.

Важное преимущество метода заключается в том, что он дополняет существующие способы изучения мозга. Если генетические карты показывают активность генов, а клеточные — расположение и типы клеток, то липидная карта раскрывает еще один уровень организации нервной ткани. Сопоставление этих данных может помочь лучше понять, как устроен мозг и как меняется его химический состав.

Атлас мышиного мозга уже доступен исследователям для изучения. Однако авторы подчеркивают, что непосредственно переносить его на человека нельзя: для человеческого мозга потребуется отдельное исследование. При этом сам метод картирования липидов потенциально можно использовать для поиска сходных закономерностей у людей.

Лука Фузар Бассини

На человека можно перенести не саму карту, а метод и понимание того, что здоровый мозг имеет четко организованную карту распределения липидов.