Takže lidské mozky rostly: Naše buňky zvládly stres velikosti
Takže lidské mozky rostly: Naše buňky zvládly stres velikosti
Lidé vyvinuli nepřiměřeně velké mozky ve srovnání s našimi příbuznými primáty - ale tato neurologická upgrade měla svou cenu. Vědci, kteří zkoumají tento kompromis, objevili jedinečné genetické rysy, které ukazují, jak lidské mozkové buňky se zabývají stresem, aby udržovali velký mozek ve funkci. Tento výzkum by mohl otevřít nové přístupy k lepšímu porozumění nemocem, jako jsou Parkinsonovy a schizofrenie.
Studie 1 Soustředí se na neurony, které produkují dopamin neurotransmiteru. To je zásadní pro pohyb, učení a emocionální zpracování.
Porovnáním tisíců neuronů dopaminu chovaných v laboratoři vědci zjistili, že lidské dopaminové neurony exprimují více genů, které podporují aktivitu škodlivých antioxidantů než neurony jiných primátů.
Výsledky, které dosud nejsou recenzovány, jsou krokem k „porozumění vývoji lidského mozku a všem potenciálně pozitivním a negativním aspektům, které jsou s ním spojeny,“ vysvětluje Andre Sousa, neurovědec na University of Wisconsin-Madison. "Je zajímavé a důležité skutečně zjistit, co je specifické pro lidský mozek, s potenciálem vyvinout nové terapie nebo se v budoucnu vyhnout nemocem."
stresované neurony
Jak vést k problémům s kolenními a zády a vedení změn ve struktuře čelisti a stravy k problémům s zubním prostředkem, rychlá expanze lidského mozku také vytvořila výzvy pro své buňky pro své buňky, říká studijní brána Alex Pollen, neurovědec na University of California v San Franciscu. "Uvedli jsme hypotézu, že k podobnému procesu došlo a že tyto dopaminové neurony mohou představovat citlivé klouby."
Při zobrazovacím procesu pyl a jeho tým ukázali, že dvě oblasti, které se zabývají dopaminem, jsou u lidí výrazně větší než u makaků. Prefrontální kůra je 18krát větší a striatum je téměř sedmkrát větší.Lidé však mají jen asi dvakrát tolik neuronů dopaminu než jejich příbuzní primátů, říká pyl. Tyto neurony proto musí být i nadále nataženy a tvrději pracují - každá tvoří více než dva miliony synapsí - ve větším, složitějším lidském mozku.
"Dopaminové neurony jsou skuteční sportovci," říká Nenad Sestan, vývojový neurovědec na Yale University v New Haven v Connecticutu. "Jste neustále aktivováni."
Abychom pochopili, jak se lidské neurony dopaminu mohly přizpůsobit tak, aby splňovaly požadavky velkého mozku, pylu plemene a jeho kolegů těchto buněk v laboratoři.
Kombinovaly kmenové buňky-které se mohou vyvíjet u mnoha typů buněk po osmi lidech, sedmi šimpanzích, třech makakech a orangutanu a chovali je na miniaturizované mozkové struktury, které se označují jako organoidy. Po 30 dnech tyto struktury začaly produkovat dopamin a umbily se vyvíjející se mozek.
Potom tým geneticky zabavil neurony dopaminu, aby změřil, které geny byly aktivovány a jak byly regulovány.
V analýze lidských a šimpanzů vědci zjistili, že lidské neurony exprimují vyšší množství genů, které zvládají oxidační stres - druh poškození buněk způsobený energeticky intenzivním procesem produkce dopaminu. Tyto geny kódovaly enzymy, toxické molekuly, tak -vyvolané reaktivní druhy kyslíku, demontovaly a neutralizovaly, které mohou poškodit buňky.
Aby se prozkoumalo, zda se neurony lidského dopaminu mohly vyvinout jedinečné stresové reakce, autoři aplikovali pesticid, který způsobil oxidační stres na organoid. Zjistili, že neurony, které se vyvinuly z lidských buněk, zvýšily jejich produkci molekuly zvané BDNF, která se sníží u lidí s neurodegenerativními chorobami, jako jsou Parkinsonovy. Stejná reakce však nebyla pozorována u šimpanzů.
posilování odolnosti
Porozumění těmto ochranným mechanismům by mohlo podpořit vývoj terapií, které posilují buněčnou obranu lidí, kteří jsou ohroženi vznikem Parkinsonovy. „Některé z těchto ochranných mechanismů nemusí být k dispozici pro všechny kvůli mutacím,“ vysvětluje Sousa. "To vytváří další zranitelnost s těmito jednotlivci."
"Existují některé potenciální cílové struktury, které by mohly být pro turbínu velmi zajímavé a poté transplantaci v [zvířecích] modelech z Parkinsonů, aby zjistili, zda dávají neurony větší odolnost," říká Plalen.
Organoidy zkoumané ve studii představují vyvíjející se neurony, které odpovídají těm, kteří jsou přítomni v embryu a nezachycují plnou složitost dospělých neuronů. Budoucí výzkum musí zkoumat, jak takové ochranné mechanismy zůstávají v pneumatikách a stárnoucích neuronech, říká Sousa, protože „degenerativní onemocnění, která ovlivňují tyto buňky, se obvykle vyskytují v pozdním věku“.
-
nolbrant, S. et al. PRISTRITT na Biorxiv: " https://doi.org/10.1101/2024.14.623592