Ovako su ljudski mozgovi postali veći: naše su se stanice nosile sa stresom veličine

Ovako su ljudski mozgovi postali veći: naše su se stanice nosile sa stresom veličine

Ljudi su razvili neproporcionalno velike mozgove u usporedbi s našim rođacima primatima - ali ovo neurološko poboljšanje ima svoju cijenu. Znanstvenici koji proučavaju ovaj kompromis otkrili su jedinstvene genetske osobine koje otkrivaju kako se ljudske moždane stanice nose sa stresom održavanja velikog mozga u funkciji. Ovo bi istraživanje moglo otvoriti nove pristupe boljem razumijevanju bolesti poput Parkinsonove bolesti i shizofrenije.

Studija objavljena 15. studenog 1 usredotočuje se na neurone koji proizvode neurotransmiter dopamin. Ovo je ključno za kretanje, učenje i emocionalnu obradu.

Uspoređujući tisuće laboratorijski uzgojenih dopaminskih neurona ljudi, čimpanza, makakija i orangutana, istraživači su otkrili da ljudski dopaminski neuroni izražavaju više gena koji potiču aktivnost štetnih antioksidansa nego neuroni drugih primata.

Rezultati, koji još nisu recenzirani, korak su prema "razumijevanju evolucije ljudskog mozga i svih potencijalnih pozitivnih i negativnih aspekata povezanih s njom", objašnjava Andre Sousa, neuroznanstvenik sa Sveučilišta Wisconsin-Madison. "Zanimljivo je i važno doista saznati što je specifično u vezi s ljudskim mozgom, s potencijalom za razvoj novih terapija ili čak za prevenciju bolesti u budućnosti."

Neuroni pod stresom

Kao što je uspravno hodanje dovelo do problema s koljenima i leđima, a promjene u strukturi čeljusti i prehrani dovele su do problema sa zubima, brzo širenje ljudskog mozga tijekom evolucijskog vremena stvorilo je izazove za njegove stanice, kaže koautor studije Alex Pollen, neuroznanstvenik sa Sveučilišta Kalifornija u San Franciscu. "Pretpostavili smo da se dogodio sličan proces i da ti dopaminski neuroni mogu predstavljati ranjive zglobove."

Koristeći tehniku ​​snimanja, Pollen i njegov tim pokazali su da su dva područja mozga koja trebaju dopamin značajno veća kod ljudi nego kod makakija. Prefrontalni korteks je 18 puta veći, a striatum je gotovo sedam puta veći.

Ipak, ljudi imaju samo oko dva puta više dopaminskih neurona nego njihovi srodnici primati, kaže Pollen. Ti se neuroni stoga moraju dalje rastezati i jače raditi - svaki formirajući više od dva milijuna sinapsi - u većem, složenijem ljudskom mozgu.

“Dopaminski neuroni pravi su sportaši”, kaže Nenad Šestan, razvojni neuroznanstvenik na Sveučilištu Yale u New Havenu, Connecticut. “Stalno su aktivirani.”

Da bi razumjeli kako su se ljudski dopaminski neuroni prilagodili zahtjevima velikog mozga, Pollen i njegovi kolege uzgojili su verzije ovih stanica u laboratoriju.

Kombinirali su matične stanice - koje se mogu razviti u mnoge tipove stanica - od osam ljudi, sedam čimpanza, tri makaka i orangutana i uzgojili ih u minijaturizirane strukture nalik mozgu zvane organoidi. Nakon 30 dana te su strukture počele proizvoditi dopamin, oponašajući mozak u razvoju.

Tim je zatim genetski sekvencionirao dopaminske neurone kako bi izmjerio koji su geni aktivirani i kako su regulirani.

U analizi neurona čovjeka i čimpanze, istraživači su otkrili da ljudski neuroni izražavaju više razine gena koji upravljaju oksidativnim stresom - vrstom oštećenja stanica koje može biti uzrokovano energetski intenzivnim procesom proizvodnje dopamina. Ovi geni kodiraju enzime koji razgrađuju i neutraliziraju otrovne molekule zvane reaktivne vrste kisika koje mogu oštetiti stanice.

Kako bi istražili jesu li ljudski dopaminski neuroni možda razvili jedinstvene reakcije na stres, autori su primijenili pesticid koji uzrokuje oksidativni stres na organoide. Otkrili su da su neuroni koji su se razvili iz ljudskih stanica povećali proizvodnju molekule nazvane BDNF, koja je smanjena kod ljudi s neurodegenerativnim bolestima poput Parkinsonove bolesti. Međutim, isti odgovor nije primijećen u neuronima čimpanze.

Jačanje otpornosti

Razumijevanje ovih zaštitnih mehanizama moglo bi podržati razvoj terapija koje jačaju staničnu obranu ljudi u riziku od razvoja Parkinsonove bolesti. "Neki od ovih zaštitnih mehanizama možda neće biti prisutni kod svih zbog mutacija", objašnjava Sousa. "To stvara dodatnu ranjivost za ove pojedince."

"Postoje neke potencijalne mete koje bi mogle biti vrlo zanimljive za uznemiravanje i potom transplantaciju u [životinjske] modele Parkinsonove bolesti kako bismo vidjeli daju li neuronima veću otpornost", kaže Pollen.

Organoidi ispitani u studiji predstavljaju neurone u razvoju ekvivalentne onima prisutnima u embriju i ne obuhvaćaju punu složenost odraslih neurona. Buduća istraživanja trebaju ispitati kako takvi zaštitni mehanizmi opstaju u zrelim i starim neuronima, kaže Sousa, budući da se "degenerativne bolesti koje pogađaju te stanice obično javljaju u kasnoj dobi."

1. Nolbrant, S. i sur. Pretisak na bioRxiv: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592

   Google znalac  

Preuzmite literaturu