Исследователи из Рурского университета в Германии показали, что предпосылки для возникновения право- и леворукости возникают в ходе эмбрионального развития спинного мозга, еще до формирования связей между спинным мозгом и моторной корой головного мозга. Статья опубликована в журнале eLIFE.

Одна из фундаментальных особенностей головного мозга позвоночных — это его латерализация, то есть функциональная и структурная асимметрия левого и правого полушарий мозга. Самое заметное проявление функциональной асимметрии полушарий — это доминирование у людей одной из рук, то есть право- и леворукость. Помимо доминирующей в человеской популяции праворукости (около 90 процентов людей) и более редкой леворукости (около 10 процентов), встречаются также «промежуточные» состояния этого признака: амбидекстрия (равное развитие обеих рук без выделения ведущей), амбисинистрия (плохое развитие моторных навыков для обеих рук) и смешанное доминирование (для разных задач ведущими являются разные руки).

Человеческий эмбрион на 9–10 неделе развития. lunar caustic / Flickr

Право- и леворукость коррелирует также с латерализацией когнитивных процессов: например, левополушарное доминирование языковых процессов наблюдается у 96 процентов правшей, но только у 73 процентов левшей. Кроме того, с леворукостью и смешанным доминированием ассоциирована повышенная частота встречаемости некоторых психоневрологических расстройств, такие как расстройства аутического спектра, депрессия, биполярное расстройство и шизофрения. Поэтому понимание онтогенеза право- и леворукости важно также для изучения механизма возникновения таких расстройств и функциональной асимметрии мозга в целом.

Тем не менее, онтогенез латерализации мозга до сих пор изучен не очень хорошо. Известно, что доминирование одной из рук проявляется уже на 8-й неделе эмбрионального развития, когда плод начинает двигать одной рукой больше, чем другой. Уже на 13-й неделе 90 процентов плодов чаще сосет правый палец, а 10 процентов — левый, причем впоследствии эти предпочтения сохраняются у большинства детей после рождения. Однако какие генетические (или другие) механизмы лежат в основе формирования такой асимметрии, пока неизвестно.

Авторы новой статьи обратили внимание на тот факт, что в момент проявления асимметрии в эмбриональном развитии связи между спинным мозгом и моторной корой головного мозга, контролирующей движения рук, еще не сформированы: они образуются только на 15-й неделе развития. Исходя из этого, ученые заключили, что за формирование асимметрии, скорее всего, отвечает асимметричная экспрессия генов в спинном мозге, а не моторной коре головного мозга.

Для проверки этого предположения авторы оценивали экспрессию генов в левой и правой частях сегментов спинного мозга, иннервирующих плечо, предплечье и кисть (от шейного сегмента C2 до грудного T2). В исследовании использовались ткани пяти плодов, полученных в результате искусственного прерывания беременности на 8, 10 и 12 неделях развития. Для оценки экспрессии авторы анализировали полногеномную экспрессию матричной РНК, экспрессию микроРНК, участвующих в посттранскрипционной регуляции экспрессии генов, и уровень метилирования ДНК, эпигенетически регулирующий уровень экспрессии генов.

Оказалось, что уровень экспрессии генов в правой и левой частях исследованных сегментов спинного мозга отличается на 8, 10 и 12 неделях развития плода. Уровень экспрессии регулировался асимметричной экспрессией микроРНК и асимметричным метилированием динуклеотидов CpG (самой частой мишени метилирования ДНК). Самая заметная асимметрия в экспрессии генов наблюдалась на 8 неделе развития: более 3 процентов транскриптов демонстрировали асимметричную экспрессию, причем в большинстве случаев она была выше на правой стороне спинного мозга. На 10 неделе развития процент асимметричных транскриптов снижался до 0,05 процента, а на 12 неделе — до 0,01 процента.

Асимметрия экспрессии генов на 8, 10 и 12 неделях эмбрионального развития. Синим показаны гены, экспрессирующиеся преимущественно на левой сторону спинного мозга, красным — гены, экспрессирующиеся преимущественно на правой стороне. Ocklenburg et al. 2017

Среди генов, демонстрировавших асимметричную экспрессию, были самые разные группы генов, вовлеченных в нейрогенез (от генов, регулирующих деление клеток, до генов, отвечающих за синтез коллагена). Асимметрия уровня метилирования, наиболее заметная на 8 неделе развития, также снижалась к 12 неделе. При этом в большинстве случаев уровень метилирования был выше в левой части спинного мозга, что соответствует повышенной экспрессии генов в правой части.

Таким образом, функциональная асимметрия полушарий головного мозга начинает закладываться еще на стадии развития спинного мозга, до формирования связей между спинным мозгом и моторной корой головного мозга. Как отмечают авторы, это не отменяет влияния множества других факторов на формирование асимметрии, от генетических факторов, процессов, происходящих при развитии коры головного мозга и формирования связей со спинным мозгом, до влияния среды при развитии ребенка.

Автор: Софья Долотовская