Хипоталамусът е един от най-сложните мозъчни региони в централната нервна система и неговите неврони са силно разнообразни и контролират хомеостазата на тялото на бозайниците чрез регулиране на автономното нервно, ендокринно и инстинктивно поведение. Хипоталамусът не само осигурява индивидуалното оцеляване чрез регулиране на индивидуалното хранене, питейната вода, телесната температура, съня, осмотичното налягане и циркадния ритъм, но също така контролира началото на пубертета и сексуалната репродуктивна способност, за да осигури възпроизводството на населението. Въпреки че имаме дълбока представа за това как хипоталамусът регулира храненето, съня и телесната температура, механизмът, включен в регулирането на започването на пубертета, остава неизвестен, което е посочено като едно от 125-те най-модерни научни предизвикателства от науката.
Екипът на Wu Qingfeng от Института по генетична и биология на развитието, Китайската академия на науките и неговият екип от Училището по науки за живота, Университета Цинхуа, публикуваха изследователска статия, озаглавена: Йерархичното разгръщане на Tbx3 диктува идентичността на хипоталамусните KNDy неврони за контрол на пубертета начало онлайн в списание Science Advances.
Докато разкрива механизма на започване на пубертета при бозайници от гледна точка на програмирането на развитието, това проучване също така предлага нова парадигма, че транскрипционните фактори регулират генезата на невронната линия, което има важно референтно значение за последващи теоретични изследвания.
Предишни генетични изследвания показват, че мутациите в транскрипционния фактор TBX3 могат да причинят улнарно-мамарен синдром (UMS), характеризиращ се с дефекти в развитието на гърдите и анормално развитие на костите на ръката и предмишницата, но най-забележимото е тежкото забавено начало на пубертета при пациенти с UMS.
В работата на екипа на Wu Qingfeng, изследователите откриха, че Tbx3 дефинира подлиния на хипоталамуса и положително регулира процеса на установяване и поддържане на съдбата на невроните като подпоследователност за определяне на съдбата.
На животинско ниво Tbx3 генните дефекти са значително забавили пубертета, нарушили женските цикли на коса, овулация на яйчниците и безплодие, а Tbx3 играе важна роля в установяването и поддържането на съдбата на хипоталамусните KNDy неврони (ключови неврони, които регулират започването на пубертета). На молекулярно ниво двата екипа откриха, че Tbx3 регулира генната транскрипция чрез фазово разделяне, за да индуцира невропептидна експресия. Трябва да се отбележи, че нито един от множеството TBX3 мутанти, които причиняват UMS при хора, не успя да претърпи ефективно разделяне на фазите и те също така значително загубиха способността да регулират невропептидната експресия, оставяйки пациенти със симптоми на забавено започване на пубертета.
В теоретичните изследвания на установяването на хипоталамусната линия и неврогенезата, чрез сравняване на две едноклетъчни бази данни с транскриптоми, базирана на проследяване на линия и генно базирана манипулация, откритието, че детерминантите на съдбата не могат да възникнат само по класически начин, зависим от линията, невронната съдба може също да бъдат регулирани по два независими от линията начина. Те са индивидуално наречени задържане в линията (задържане в линията, ILR) и взаимодействие между линиите (взаимодействие между линиите, ILI). И двата подхода могат също да бъдат придружени от независима от линията компенсация (lineage- независима компенсация, LIC), заедно те определят съдбата на невроните в мозъка по време на развитието на заболяването.
Фигура: Преглед на изследването.a. Зависещи от родословието и независими от родословието механизми за определяне на съдбата (ILR, задържане в рамките на родословието; LIC, независима от родословието компенсация; ILI, взаимодействие между родословията), b. Ключов напредък, постигнат на молекулярно, клетъчно и животинско ниво (TF, транскрипционен фактор; UMS, синдром на лакътната гърда)
Рецензентите се съгласиха по време на процеса на преглед, че проучването е „много интересно, задълбочено, включващо нови ресурси от данни и научни концепции, завършено с много високо качество и стандарти, и вероятно ще има важни последици за областта на развитието на хипоталамуса“.
В заключение, това проучване използва човешките генетични изследвания като входна точка, за да разкрие процеса, при който Tbx3 последователността регулира съдбата на хипоталамусните KNDy неврони и след това индуцира започване на пубертета, предоставяйки нова гледна точка върху механизмите за програмиране на развитието на започване на пубертета. Модулаторите на съдбата на хипоталамуса са важни регулаторни елементи, които определят развитието на съдбата на невроните и сложната множествена регулаторна мрежа зад тях все още си струва да се проучи.