Alors les cerveaux humains ont grandi: nos cellules maîtrisaient le stress de la taille
Alors les cerveaux humains ont grandi: nos cellules maîtrisaient le stress de la taille
Les gens ont développé des cerveaux disproportionnellement importants par rapport à nos parents de primates - mais cette mise à niveau neurologique avait son prix. Les scientifiques qui examinent ce compromis ont découvert des caractéristiques génétiques uniques qui montrent comment les cellules du cerveau humain gèrent le stress, pour maintenir un grand cerveau en fonction. Cette recherche pourrait ouvrir de nouvelles approches pour mieux comprendre les maladies telles que les Parkinson et la schizophrénie.
L'étude 1 Se concentre sur les neurones qui produisent le neurotransmetteur dopamine. Ceci est crucial pour le mouvement, l'apprentissage et la fabrication émotionnelle.
En comparant des milliers de neurones dopaminés élevés en laboratoire, les chercheurs ont constaté que les neurones dopaminés humains expriment plus de gènes qui favorisent l'activité des antioxydants nocifs que les neurones d'autres primates.
Les résultats qui ne sont pas encore évalués par les pairs sont un pas vers "comprendre l'évolution du cerveau humain et tous les aspects potentiellement positifs et négatifs qui y sont liés", explique Andre Sousa, neuroscientifique de l'Université du Wisconsin-Madison. "Il est intéressant et important de vraiment savoir ce qui est spécifique au cerveau humain, avec le potentiel de développer de nouvelles thérapies ou même d'éviter les maladies à l'avenir."
Neurones stressés
Comment entraîner des problèmes de genou et de dos et a mené des changements dans la structure de la mâchoire et le régime alimentaire aux problèmes dentaires, l'expansion rapide du cerveau humain a également créé des défis pour ses cellules pour ses cellules, explique la porte d'étude Alex Pollen, neuroscientifique à l'Université de Californie à San Francisco. "Nous avons exprimé l'hypothèse selon laquelle un processus similaire a eu lieu et que ces neurones dopaminés pourraient représenter des articulations sensibles."
Avec un processus d'imagerie, le pollen et son équipe ont montré que deux régions requises de la dopamine du cerveau sont significativement plus importantes chez l'homme qu'avec des macaques. Le cortex préfrontal est 18 fois plus grand et le striatum est presque sept fois plus grand.Néanmoins, les gens n'ont qu'environ deux fois plus de neurones dopaminés que leurs parents de primates, explique Pollen. Ces neurones doivent donc continuer à être étirés et travailler plus dur - chacun forme plus de deux millions de synapses - dans le cerveau humain plus grand et plus complexe.
"Les neurones dopaminés sont de vrais athlètes", explique Nenad Sestan, neuroscientifique de développement à l'Université de Yale à New Haven, Connecticut. "Vous êtes constamment activé."
pour comprendre comment les neurones de dopamine humaine peuvent s'être adaptés pour répondre aux exigences d'un grand cerveau, de pollen de races et de ses collègues versions de ces cellules en laboratoire.
Ils combinaient des cellules souches - qui peuvent se développer dans de nombreuses types de cellules, par huit personnes, sept chimpanzés, trois macaques et un orang-outan et les ont élevée à des structures miniaturisées et cérébrales appelées organoïdes. Après 30 jours, ces structures ont commencé à produire de la dopamine et à broyer un cerveau en développement.
Ensuite, l'équipe a génétiquement saisi les neurones dopaminés pour mesurer les gènes activés et comment ils ont été régulés.
Dans une analyse des humains et des chimpanzés, les chercheurs ont constaté que les neurones humains expriment des quantités plus élevées de gènes qui gèrent le stress oxydatif - une sorte de dommages cellulaires provoqués par le processus à forte intensité énergétique de production de dopamine. Ces gènes ont codé des enzymes, les molécules toxiques, des espèces réactives d'oxygène réactives, de donc démanteler et neutraliser qui peuvent endommager les cellules.
Afin d'examiner si les neurones dopaminés humains peuvent avoir développé des réactions de stress uniques, les auteurs ont appliqué un pesticide qui a provoqué un stress oxydatif sur l'organoïde. Ils ont constaté que les neurones qui s'étaient développés à partir de cellules humaines augmentaient leur production d'une molécule appelée BDNF, qui est réduite chez les personnes atteintes de maladies neurodégénératives telles que la Parkinson. Cependant, la même réaction n'a pas été observée chez les chimpanzés.
Renforcement de la résilience
La compréhension de ces mécanismes de protection pourrait soutenir le développement de thérapies qui renforcent les défenses cellulaires des personnes qui risquent de développer celles de Parkinson. "Certains de ces mécanismes de protection peuvent ne pas être disponibles pour tout le monde en raison de mutations", explique Sousa. "Cela crée une vulnérabilité supplémentaire avec ces individus."
"Il existe des structures cibles potentielles qui pourraient être très intéressantes pour la turbine, puis transplanter dans des modèles [animaux] de Parkinson pour voir s'ils donnent aux neurones plus de résilience", explique Pollen.
Les organoïdes examinés dans l'étude représentent des neurones en développement qui correspondent à ceux qui sont présents dans un embryon et ne capturent pas la complexité complète des neurones adultes. Les recherches futures doivent étudier comment ces mécanismes de protection restent dans les pneus et les neurones vieillissants, explique Sousa, car "les maladies dégénératives qui affectent ces cellules se produisent généralement à un âge tardif".
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nolbrant, S. et al. Preprint chez Biorxiv: Google Scholar