Έτσι ο ανθρώπινος εγκέφαλος έγινε μεγαλύτερος: τα κύτταρά μας αντιμετώπισαν το άγχος του μεγέθους

Έτσι ο ανθρώπινος εγκέφαλος έγινε μεγαλύτερος: τα κύτταρά μας αντιμετώπισαν το άγχος του μεγέθους

Οι άνθρωποι έχουν εξελίξει δυσανάλογα μεγάλους εγκεφάλους σε σύγκριση με τους συγγενείς μας πρωτευόντων - αλλά αυτή η νευρολογική αναβάθμιση είχε ένα τίμημα. Οι επιστήμονες που μελετούν αυτήν την αντιστάθμιση έχουν ανακαλύψει μοναδικά γενετικά χαρακτηριστικά που αποκαλύπτουν πώς τα ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα αντιμετωπίζουν το άγχος της διατήρησης της λειτουργίας ενός μεγάλου εγκεφάλου. Αυτή η έρευνα θα μπορούσε να ανοίξει νέες προσεγγίσεις για την καλύτερη κατανόηση ασθενειών όπως το Πάρκινσον και η σχιζοφρένεια.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στις 15 Νοεμβρίου 1 επικεντρώνεται στους νευρώνες που παράγουν τον νευροδιαβιβαστή ντοπαμίνη. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας για την κίνηση, τη μάθηση και τη συναισθηματική επεξεργασία.

Συγκρίνοντας χιλιάδες νευρώνες ντοπαμίνης που καλλιεργήθηκαν στο εργαστήριο από ανθρώπους, χιμπατζήδες, μακάκους και ουρακοτάγκους, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ανθρώπινοι νευρώνες ντοπαμίνης εκφράζουν περισσότερα γονίδια που προάγουν τη δραστηριότητα των καταστροφικών αντιοξειδωτικών από τους νευρώνες άλλων πρωτευόντων.

Τα αποτελέσματα, τα οποία δεν έχουν ακόμη αξιολογηθεί από ομοτίμους, είναι ένα βήμα προς την «κατανόηση της εξέλιξης του ανθρώπινου εγκεφάλου και όλων των πιθανών θετικών και αρνητικών πτυχών που σχετίζονται με αυτήν», εξηγεί ο Andre Sousa, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin–Madison. «Είναι ενδιαφέρον και σημαντικό να ανακαλύψουμε πραγματικά τι είναι συγκεκριμένο για τον ανθρώπινο εγκέφαλο, με τη δυνατότητα ανάπτυξης νέων θεραπειών ή ακόμα και πρόληψης ασθενειών στο μέλλον».

Στρεσαρισμένοι νευρώνες

Όπως το όρθιο περπάτημα οδήγησε σε προβλήματα στα γόνατα και την πλάτη και οι αλλαγές στη δομή της γνάθου και στη διατροφή οδήγησαν σε οδοντικά προβλήματα, η ταχεία επέκταση του ανθρώπινου εγκεφάλου με τον εξελικτικό χρόνο έχει δημιουργήσει προκλήσεις για τα κύτταρά του, λέει ο συν-συγγραφέας της μελέτης Alex Pollen, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο. «Υποθέσαμε ότι συνέβη μια παρόμοια διαδικασία και ότι αυτοί οι νευρώνες ντοπαμίνης μπορεί να αντιπροσωπεύουν ευάλωτες αρθρώσεις».

Χρησιμοποιώντας μια τεχνική απεικόνισης, ο Pollen και η ομάδα του έδειξαν ότι δύο περιοχές του εγκεφάλου που απαιτούν ντοπαμίνη είναι σημαντικά μεγαλύτερες στους ανθρώπους από ότι στους μακάκους. Ο προμετωπιαίος φλοιός είναι 18 φορές μεγαλύτερος και το ραβδωτό σώμα είναι σχεδόν επτά φορές μεγαλύτερο.

Ωστόσο, οι άνθρωποι έχουν μόνο διπλάσιο αριθμό νευρώνων ντοπαμίνης από τους συγγενείς τους, λέει ο Pollen. Αυτοί οι νευρώνες πρέπει επομένως να τεντωθούν περαιτέρω και να εργαστούν σκληρότερα - ο καθένας σχηματίζει περισσότερες από δύο εκατομμύρια συνάψεις - στον μεγαλύτερο, πιο πολύπλοκο ανθρώπινο εγκέφαλο.

«Οι νευρώνες ντοπαμίνης είναι πραγματικοί αθλητές», λέει ο Nenad Sestan, αναπτυξιακός νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο Yale στο New Haven του Κονέκτικατ. «Ενεργοποιούνται συνεχώς».

Για να κατανοήσουν πώς οι ανθρώπινοι νευρώνες ντοπαμίνης μπορεί να έχουν προσαρμοστεί για να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις ενός μεγάλου εγκεφάλου, ο Pollen και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν εκδόσεις αυτών των κυττάρων στο εργαστήριο.

Συνδύασαν βλαστοκύτταρα - τα οποία μπορούν να εξελιχθούν σε πολλούς τύπους κυττάρων - από οκτώ ανθρώπους, επτά χιμπατζήδες, τρεις μακάκους και έναν ουρακοτάγκο και τα μεγάλωσαν σε μικροσκοπικές δομές που μοιάζουν με τον εγκέφαλο που ονομάζονται οργανοειδή. Μετά από 30 ημέρες, αυτές οι δομές άρχισαν να παράγουν ντοπαμίνη, μιμούμενοι έναν αναπτυσσόμενο εγκέφαλο.

Στη συνέχεια, η ομάδα ανέλυσε γενετικά την αλληλουχία των νευρώνων ντοπαμίνης για να μετρήσει ποια γονίδια ενεργοποιήθηκαν και πώς ρυθμίστηκαν.

Σε μια ανάλυση των νευρώνων ανθρώπων και χιμπατζήδων, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ανθρώπινοι νευρώνες εξέφραζαν υψηλότερα επίπεδα γονιδίων που διαχειρίζονται το οξειδωτικό στρες - ένα είδος κυτταρικής βλάβης που μπορεί να προκληθεί από την ενεργοβόρα διαδικασία παραγωγής ντοπαμίνης. Αυτά τα γονίδια κωδικοποιούν ένζυμα που διασπούν και εξουδετερώνουν τοξικά μόρια που ονομάζονται αντιδραστικά είδη οξυγόνου που μπορούν να βλάψουν τα κύτταρα.

Για να διερευνήσουν εάν οι ανθρώπινοι νευρώνες ντοπαμίνης μπορεί να έχουν αναπτύξει μοναδικές αποκρίσεις στρες, οι συγγραφείς εφάρμοσαν ένα φυτοφάρμακο που προκαλεί οξειδωτικό στρες στα οργανοειδή. Διαπίστωσαν ότι οι νευρώνες που αναπτύχθηκαν από ανθρώπινα κύτταρα αύξησαν την παραγωγή ενός μορίου που ονομάζεται BDNF, το οποίο μειώνεται σε άτομα με νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως η νόσος του Πάρκινσον. Ωστόσο, η ίδια απόκριση δεν παρατηρήθηκε στους νευρώνες των χιμπατζήδων.

Ενίσχυση της ανθεκτικότητας

Η κατανόηση αυτών των προστατευτικών μηχανισμών θα μπορούσε να υποστηρίξει την ανάπτυξη θεραπειών που ενισχύουν την κυτταρική άμυνα των ατόμων που κινδυνεύουν να αναπτύξουν νόσο του Πάρκινσον. «Μερικοί από αυτούς τους προστατευτικούς μηχανισμούς μπορεί να μην υπάρχουν σε όλους λόγω μεταλλάξεων», εξηγεί η Sousa. «Αυτό δημιουργεί επιπλέον ευπάθεια για αυτά τα άτομα».

«Υπάρχουν ορισμένοι πιθανοί στόχοι που θα μπορούσαν να είναι πολύ ενδιαφέροντες να διαταραχθούν και στη συνέχεια να μεταμοσχευθούν σε [ζωικά] μοντέλα της νόσου του Πάρκινσον για να δούμε αν αυτοί δίνουν στους νευρώνες μεγαλύτερη ανθεκτικότητα», λέει ο Pollen.

Τα οργανοειδή που εξετάστηκαν στη μελέτη αντιπροσωπεύουν αναπτυσσόμενους νευρώνες ισοδύναμους με αυτούς που υπάρχουν σε ένα έμβρυο και δεν συλλαμβάνουν την πλήρη πολυπλοκότητα των νευρώνων ενηλίκων. Η μελλοντική έρευνα πρέπει να εξετάσει πώς επιμένουν τέτοιοι προστατευτικοί μηχανισμοί στους ώριμους και γηρασμένους νευρώνες, λέει ο Sousa, καθώς «οι εκφυλιστικές ασθένειες που επηρεάζουν αυτά τα κύτταρα εμφανίζονται συνήθως σε ύστερη ηλικία».

1. Nolbrant, S. et al. Προεκτύπωση στο bioRxiv: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592

   Google Scholar  

Κατεβάστε λογοτεχνία