Ето как човешките мозъци станаха по-големи: Нашите клетки се справиха със стреса от размера

Ето как човешките мозъци станаха по-големи: Нашите клетки се справиха със стреса от размера

Хората са развили непропорционално големи мозъци в сравнение с нашите роднини примати - но това неврологично подобрение си има цена. Учените, изучаващи този компромис, са открили уникални генетични черти, които разкриват как човешките мозъчни клетки се справят със стреса от поддържането на функционирането на голям мозък. Това изследване може да открие нови подходи за по-добро разбиране на болести като Паркинсон и шизофрения.

Проучването е публикувано на 15 ноември 1 се фокусира върху невроните, които произвеждат невротрансмитера допамин. Това е от решаващо значение за движението, ученето и емоционалната обработка.

Чрез сравняване на хиляди лабораторно отгледани допаминови неврони от хора, шимпанзета, макаци и орангутани, изследователите установиха, че човешките допаминови неврони експресират повече гени, които насърчават активността на увреждащите антиоксиданти, отколкото невроните на други примати.

Резултатите, които все още не са рецензирани, са стъпка към „разбирането на еволюцията на човешкия мозък и всички потенциални положителни и отрицателни аспекти, свързани с него“, обяснява Андре Соуса, невролог от Университета на Уисконсин-Медисън. „Интересно и важно е наистина да разберем какво е специфично за човешкия мозък, с потенциал за разработване на нови терапии или дори за предотвратяване на заболявания в бъдеще.“

Стресирани неврони

Точно както изправеното ходене е довело до проблеми с коленете и гърба, а промените в структурата на челюстта и диетата са довели до проблеми със зъбите, бързото разширяване на човешкия мозък през еволюционното време е създало предизвикателства за неговите клетки, казва съавторът на изследването Алекс Полен, невролог от Калифорнийския университет в Сан Франциско. „Ние предположихме, че се е случил подобен процес и че тези допаминови неврони могат да представляват уязвими стави.“

Използвайки техника за изобразяване, Полен и неговият екип показаха, че две области на мозъка, които се нуждаят от допамин, са значително по-големи при хората, отколкото при макаците. Префронталната кора е 18 пъти по-голяма, а стриатумът е почти седем пъти по-голям.

И все пак, хората имат само два пъти повече допаминови неврони от техните роднини примати, казва Полен. Следователно тези неврони трябва да се разтягат допълнително и да работят по-усилено - всеки образува повече от два милиона синапса - в по-големия, по-сложен човешки мозък.

„Допаминовите неврони са истински атлети“, казва Ненад Сестан, невролог по развитието в университета Йейл в Ню Хейвън, Кънектикът. „Те са постоянно активирани.“

За да разберат как човешките допаминови неврони може да са се адаптирали, за да отговорят на нуждите на голям мозък, Полен и колегите му отглеждат версии на тези клетки в лабораторията.

Те комбинираха стволови клетки - които могат да се развият в много видове клетки - от осем човека, седем шимпанзета, три макака и един орангутан и ги отгледаха в миниатюрни мозъчни структури, наречени органоиди. След 30 дни тези структури започват да произвеждат допамин, имитирайки развиващ се мозък.

След това екипът генетично секвенира допаминовите неврони, за да измери кои гени са активирани и как са регулирани.

При анализ на човешки неврони и неврони на шимпанзета изследователите откриха, че човешките неврони изразяват по-високи нива на гени, които управляват оксидативния стрес - вид клетъчно увреждане, което може да бъде причинено от енергоемкия процес на производство на допамин. Тези гени кодират ензими, които разграждат и неутрализират токсични молекули, наречени реактивни кислородни видове, които могат да увредят клетките.

За да проучат дали човешките допаминови неврони може да са развили уникални реакции на стрес, авторите прилагат пестицид, който причинява оксидативен стрес на органоидите. Те откриха, че невроните, които се развиват от човешки клетки, увеличават производството на молекула, наречена BDNF, която е намалена при хора с невродегенеративни заболявания като болестта на Паркинсон. Същият отговор обаче не се наблюдава при невроните на шимпанзето.

Укрепване на устойчивостта

Разбирането на тези защитни механизми може да подпомогне разработването на терапии, които укрепват клетъчната защита на хора, изложени на риск от развитие на болестта на Паркинсон. „Някои от тези защитни механизми може да не присъстват във всички поради мутации“, обяснява Суза. „Това създава допълнителна уязвимост за тези лица.“

„Има някои потенциални цели, които биха могли да бъдат много интересни за смущение и след това трансплантиране в [животински] модели на болестта на Паркинсон, за да се види дали те дават на невроните повече устойчивост“, казва Полен.

Органоидите, изследвани в проучването, представляват развиващи се неврони, еквивалентни на тези, присъстващи в ембриона, и не улавят пълната сложност на възрастните неврони. Бъдещите изследвания трябва да проучат как такива защитни механизми продължават да съществуват в зрелите и стареещи неврони, казва Соуса, тъй като "дегенеративните заболявания, засягащи тези клетки, обикновено се появяват в по-късна възраст".

1. Nolbrant, S. et al. Предпечат в bioRxiv: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592

   Google Наука  

Изтегляне на литература