Så menneskelige hjerner voksede: Vores celler mestrede stresset i størrelse
Så menneskelige hjerner voksede: Vores celler mestrede stresset i størrelse
Folk udviklede uforholdsmæssigt store hjerner sammenlignet med vores primat pårørende - men denne neurologiske opgradering havde sin pris. Forskere, der undersøger dette kompromis, har opdaget unikke genetiske træk, der viser, hvordan menneskelige hjerneceller håndterer stress, for at holde en stor hjerne i funktion. Denne forskning kunne åbne nye tilgange for bedre at forstå sygdomme som Parkinsons og schizofreni.
Undersøgelsen 1 Koncentrer sig om neuroner, der producerer neurotransmitteren dopamine. Dette er afgørende for bevægelse, læring og følelsesmæssig udførelse.
Ved at sammenligne tusinder af dopaminneuroner, der er avlet i laboratoriet, fandt forskerne, at humane dopaminneuroner udtrykker flere gener, der fremmer aktiviteten af skadelige antioxidanter end neuronerne i andre primater.
De resultater, der endnu ikke er peer-reviewet, er et skridt hen imod "at forstå den menneskelige hjerneudvikling og alle potentielt positive og negative aspekter, der er forbundet med det," forklarer Andre Sousa, neurovidenskabsmand ved University of Wisconsin-Madison. "Det er interessant og vigtigt at virkelig finde ud af, hvad der er specifikt for den menneskelige hjerne, med potentialet til at udvikle nye terapier eller endda undgå sygdomme i fremtiden."
stressede neuroner
Hvordan man kan føre til knæ- og rygproblemer og førte ændringer i kæbestrukturen og diæt til tandproblemer, har den hurtige udvidelse af den menneskelige hjerne også skabt udfordringer for sine celler for sine celler, siger undersøgelsesporten Alex Pollen, neurovidenskabsmand ved University of California, San Francisco. "Vi har oprettet hypotesen om, at en lignende proces fandt sted, og at disse dopaminneuroner kunne repræsentere modtagelige led."
Med en billeddannelsesproces viste pollen og hans team, at to dopamin -kriminelle regioner i hjernen er markant større hos mennesker end med makaker. Den prefrontale cortex er 18 gange større, og striatum er næsten syv gange større.Ikke desto mindre har folk kun cirka dobbelt så mange dopaminneuroner som deres primat pårørende, siger pollen. Disse neuroner skal derfor fortsat strækkes og arbejder hårdere - hver danner mere end to millioner synapser - i den større, mere komplekse menneskelige hjerne.
"Dopaminneuroner er rigtige atleter," siger Nenad Sestan, udviklingsneurovidenskabsmand ved Yale University i New Haven, Connecticut. "Du er konstant aktiveret."
For at forstå, hvordan humane dopaminneuroner kan have tilpasset sig til at imødekomme kravene i en stor hjerne, avler pollen og hans kollegers versioner af disse celler i laboratoriet.
De kombinerede stamceller-som kan udvikle sig i mange celletyper-otte personer, syv chimpanser, tre makaker og en orangutan og avlet dem til miniaturiserede, hjernelignende strukturer, der kaldes organoider. Efter 30 dage begyndte disse strukturer at producere dopamin og malede en udviklende hjerne.
Derefter greb teamet genetisk dopaminneuroner for at måle, hvilke gener der blev aktiveret, og hvordan de blev reguleret.
I en analyse af humane og chimpanser fandt forskerne, at humane neuroner udtrykker højere mængder af gener, der håndterer oxidativ stress - en slags celleskade forårsaget af den energi -intensive proces med dopaminproduktion. Disse gener kodede enzymer, de giftige molekyler, så -kaldte reaktive iltarter, demontering og neutralisering, der kan skade celler.
For at undersøge, om humane dopaminneuroner kan have udviklet unikke stressreaktioner, påførte forfatterne et pesticid, der forårsagede oxidativ stress på organoidet. De fandt, at neuroner, der havde udviklet sig fra humane celler, øgede deres produktion af et molekyle kaldet BDNF, som reduceres hos mennesker med neurodegenerative sygdomme, såsom Parkinsons. Den samme reaktion blev imidlertid ikke observeret i chimpanser.
styrkelse af modstandsdygtighed
Forståelsen af disse beskyttelsesmekanismer kunne understøtte udviklingen af terapier, der styrker de cellulære forsvar af mennesker, der risikerer at udvikle Parkinsons. "Nogle af disse beskyttelsesmekanismer er muligvis ikke tilgængelige for alle på grund af mutationer," forklarer Sousa. "Dette skaber yderligere sårbarhed med disse personer."
"Der er nogle potentielle målstrukturer, der kan være meget interessante for per-turbine og derefter transplantere i [dyr] modeller fra Parkinsons for at se, om de giver neuronerne mere modstandsdygtighed," siger Pollen.
De organoider, der er undersøgt i undersøgelsen, repræsenterer udvikling af neuroner, der svarer til dem, der er til stede i et embryo og ikke fanger den fulde kompleksitet af voksne neuroner. Fremtidig forskning er nødt til at undersøge, hvordan sådanne beskyttelsesmekanismer forbliver i dæk og aldrende neuroner, siger Sousa, da "degenerative sygdomme, der påvirker disse celler, normalt forekommer i en sen alder."
- >>
nolbrant, S. et al. Fortryk på Biorxiv: https://doi.org/10.1101/2024.14.623592