Nii muutusid inimese ajud suuremaks: meie rakud tulid toime suuruse stressiga

Nii muutusid inimese ajud suuremaks: meie rakud tulid toime suuruse stressiga

Inimesed on meie primaatide sugulastega võrreldes välja arendanud ebaproportsionaalselt suured ajud – kuid sellel neuroloogilisel uuendusel oli oma hind. Seda kompromissi uurivad teadlased on avastanud ainulaadsed geneetilised tunnused, mis näitavad, kuidas inimese ajurakud saavad hakkama suure aju funktsioneerimisest tuleneva stressiga. See uuring võib avada uusi lähenemisviise, et paremini mõista selliseid haigusi nagu Parkinsoni tõbi ja skisofreenia.

Uuring avaldati 15. novembril 1 keskendub neuronitele, mis toodavad neurotransmitterit dopamiini. See on liikumise, õppimise ja emotsionaalse töötlemise jaoks ülioluline.

Võrreldes tuhandeid inimeste, šimpanside, makaakide ja orangutanite laboris kasvatatud dopamiinineuroneid, leidsid teadlased, et inimese dopamiini neuronid ekspresseerivad rohkem geene, mis soodustavad kahjulike antioksüdantide aktiivsust kui teiste primaatide neuronid.

Tulemused, mida pole veel eelretsenseeritud, on samm "inimese aju evolutsiooni ja kõigi sellega seotud potentsiaalsete positiivsete ja negatiivsete aspektide mõistmise suunas", selgitab Wisconsini-Madisoni ülikooli neuroteadlane Andre Sousa. "Huvitav ja oluline on tõesti teada saada, mis on inimese aju spetsiifiline, mis võib tulevikus välja töötada uusi ravimeetodeid või isegi haigusi ennetada."

Stressis neuronid

Nii nagu püsti kõndimine on toonud kaasa põlve- ja seljaprobleeme ning muutused lõualuu struktuuris ja toitumises on toonud kaasa hambaprobleeme, on inimese aju kiire laienemine evolutsioonilise aja jooksul tekitanud väljakutseid selle rakkudele, ütleb uuringu kaasautor Alex Pollen, California ülikooli neuroteadlane San Franciscos. "Me oletasime, et toimus sarnane protsess ja et need dopamiini neuronid võivad esindada haavatavaid liigeseid."

Pildistamistehnikat kasutades näitasid Pollen ja tema meeskond, et kaks dopamiini vajavat ajupiirkonda on inimestel oluliselt suuremad kui makaakidel. Prefrontaalne ajukoor on 18 korda suurem ja juttkeha on peaaegu seitse korda suurem.

Siiski on inimestel ainult umbes kaks korda rohkem dopamiini neuroneid kui nende primaatide sugulastel, ütleb Pollen. Seetõttu peavad need neuronid suuremas ja keerulisemas inimajus edasi venima ja rohkem töötama – igaüks moodustab rohkem kui kaks miljonit sünapsi.

"Dopamiini neuronid on tõelised sportlased," ütleb Connecticuti osariigis New Havenis asuva Yale'i ülikooli arengu neuroteadlane Nenad Sestan. "Neid aktiveeritakse pidevalt."

Et mõista, kuidas inimese dopamiini neuronid võisid kohaneda suure aju vajadustega, kasvatasid Pollen ja tema kolleegid nende rakkude versioone laboris.

Nad ühendasid kaheksa inimese, seitsme šimpansi, kolme makaagi ja orangutani tüvirakud, millest võib areneda palju rakutüüpe, ning kasvatasid neist miniatuursed ajulaadsed struktuurid, mida nimetatakse organoidideks. 30 päeva pärast hakkasid need struktuurid tootma dopamiini, jäljendades arenevat aju.

Seejärel sekveneeris meeskond dopamiini neuronid geneetiliselt, et mõõta, millised geenid aktiveeriti ja kuidas neid reguleeriti.

Inimese ja šimpansi neuronite analüüsis leidsid teadlased, et inimese neuronid väljendasid kõrgemat geenide taset, mis juhivad oksüdatiivset stressi – rakukahjustust, mida võib põhjustada energiamahukas dopamiini tootmise protsess. Need geenid kodeerivad ensüüme, mis lagundavad ja neutraliseerivad mürgiseid molekule, mida nimetatakse reaktiivseteks hapnikuliikideks, mis võivad rakke kahjustada.

Uurimaks, kas inimese dopamiini neuronid võisid välja arendada ainulaadsed stressireaktsioonid, kasutasid autorid pestitsiidi, mis põhjustab organoididele oksüdatiivset stressi. Nad leidsid, et inimrakkudest arenenud neuronid suurendasid BDNF-i nimelise molekuli tootmist, mis väheneb neurodegeneratiivsete haigustega inimestel, nagu Parkinsoni tõbi. Samas ei täheldatud šimpansi neuronites sama vastust.

Vastupidavuse tugevdamine

Nende kaitsemehhanismide mõistmine võib toetada selliste ravimeetodite väljatöötamist, mis tugevdavad Parkinsoni tõve tekkeriskiga inimeste rakulist kaitset. "Mõned neist kaitsemehhanismidest ei pruugi mutatsioonide tõttu esineda kõigil," selgitab Sousa. "See tekitab nendele isikutele täiendava haavatavuse."

"On mõningaid potentsiaalseid sihtmärke, mida võib olla väga huvitav häirida ja seejärel Parkinsoni tõve [loomsetesse] mudelitesse siirdada, et näha, kas need annavad neuronitele rohkem vastupidavust," ütleb Pollen.

Uuringus uuritud organoidid esindavad arenevaid neuroneid, mis on samaväärsed embrüos esinevate neuronitega ja ei hõlma täiskasvanud neuronite kogu keerukust. Tulevased uuringud peavad uurima, kuidas sellised kaitsemehhanismid püsivad küpsetes ja vananevates neuronites, ütleb Sousa, kuna "neid rakke mõjutavad degeneratiivsed haigused tekivad tavaliselt hilises eas."

1. Nolbrant, S. et al. Eeltrükk bioRxivis: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592

   Google Scholar  

Laadige alla kirjandus