Így lett nagyobb az emberi agy: sejtjeink megbirkóztak a méret okozta stresszel

Így lett nagyobb az emberi agy: sejtjeink megbirkóztak a méret okozta stresszel

Az emberek aránytalanul nagy agyat fejlesztettek ki főemlős rokonainkhoz képest – de ennek a neurológiai fejlesztésnek ára volt. Az ezt a kompromisszumot tanulmányozó tudósok egyedülálló genetikai tulajdonságokat fedeztek fel, amelyek felfedik, hogyan kezelik az emberi agysejtek a nagy agy működésének fenntartásával járó stresszt. Ez a kutatás új megközelítéseket nyithat meg az olyan betegségek jobb megértéséhez, mint a Parkinson-kór és a skizofrénia.

A tanulmány november 15-én jelent meg 1 azokra a neuronokra összpontosít, amelyek a dopamint neurotranszmittert termelik. Ez döntő fontosságú a mozgás, a tanulás és az érzelmi feldolgozás szempontjából.

A kutatók több ezer emberből, csimpánzból, makákóból és orangutánból származó, laboratóriumban termesztett dopaminneuron összehasonlításával azt találták, hogy az emberi dopaminneuronok több olyan gént expresszálnak, amelyek elősegítik a káros antioxidánsok aktivitását, mint más főemlősök neuronjai.

Az eredmények, amelyek még nem kerültek szakértői értékelésre, egy lépést jelentenek "az emberi agy evolúciójának és az azzal kapcsolatos összes lehetséges pozitív és negatív aspektusnak a megértése felé" - magyarázza Andre Sousa, a Wisconsin-Madison Egyetem idegkutatója. "Érdekes és fontos valóban kideríteni, hogy mi az emberi agy sajátossága, ami új terápiák kifejlesztésére vagy akár betegségek megelőzésére is alkalmas a jövőben."

Stresszes neuronok

Ahogyan az egyenes járás térd- és hátproblémákhoz, az állkapocs szerkezetének és étrendjének megváltozása pedig fogászati ​​problémákhoz, az emberi agy evolúciós idők során bekövetkezett gyors tágulása kihívások elé állította sejtjeit – mondja Alex Pollen, a tanulmány társszerzője, a San Francisco-i Kaliforniai Egyetem idegkutatója. "Feltételeztük, hogy hasonló folyamat ment végbe, és ezek a dopaminneuronok sérülékeny ízületek lehetnek."

Egy képalkotó technikával Pollen és csapata kimutatta, hogy az agy két dopamint igénylő régiója lényegesen nagyobb az emberben, mint a makákókban. A prefrontális kéreg 18-szor nagyobb, a striatum pedig majdnem hétszer nagyobb.

Pollen szerint az embereknek azonban csak körülbelül kétszer annyi dopaminneuronja van, mint főemlős rokonaikban. Ezért ezeknek a neuronoknak tovább kell nyúlniuk, és keményebben kell dolgozniuk – mindegyik több mint kétmillió szinapszist képez – a nagyobb, összetettebb emberi agyban.

"A dopaminneuronok igazi sportolók" - mondja Nenad Sestan, a Yale Egyetem fejlődési idegkutatója, a Connecticut állambeli New Havenben. – Folyamatosan aktiválva vannak.

Annak megértésére, hogy az emberi dopaminneuronok hogyan alkalmazkodhattak egy nagy agy igényeihez, Pollen és munkatársai laboratóriumban e sejtek változatait növesztették.

Nyolc emberből, hét csimpánzból, három makákóból és egy orangutánból származó őssejteket egyesítettek – amelyekből sokféle sejttípus fejlődhet –, és miniatürizált, agyszerű struktúrákká, úgynevezett organoidokká növesztették őket. 30 nap elteltével ezek a struktúrák elkezdtek dopamint termelni, utánozva a fejlődő agyat.

A csapat ezután genetikailag szekvenálta a dopamin neuronokat, hogy megmérje, mely gének aktiválódtak és hogyan szabályozzák őket.

Az emberi és csimpánz neuronjainak elemzése során a kutatók azt találták, hogy az emberi neuronok magasabb szintű géneket expresszáltak, amelyek kezelik az oxidatív stresszt – egyfajta sejtkárosodást, amelyet a dopamintermelés energiaigényes folyamata okozhat. Ezek a gének olyan enzimeket kódolnak, amelyek lebontják és semlegesítik a reaktív oxigénfajtáknak nevezett toxikus molekulákat, amelyek károsíthatják a sejteket.

Annak kiderítésére, hogy az emberi dopaminneuronokban kialakulhattak-e egyedi stresszválaszok, a szerzők olyan peszticidet alkalmaztak, amely oxidatív stresszt okoz az organoidokon. Azt találták, hogy az emberi sejtekből kifejlődött neuronok növelték a BDNF nevű molekula termelését, amely csökkent neurodegeneratív betegségekben, például Parkinson-kórban szenvedőknél. Ugyanezt a választ azonban nem figyelték meg a csimpánz neuronjaiban.

A reziliencia erősítése

Ezeknek a védőmechanizmusoknak a megértése támogathatja olyan terápiák kifejlesztését, amelyek erősítik a Parkinson-kór kialakulásának kockázatának kitett emberek sejtvédelmét. „Egyes védőmechanizmusok mutációk miatt nem biztos, hogy mindenkiben jelen vannak” – magyarázza Sousa. "Ez további sebezhetőséget jelent ezeknek az egyéneknek."

"Van néhány lehetséges célpont, amelyeket nagyon érdekes lehet megzavarni, majd átültetni Parkinson-kór [állat]modelljébe, hogy kiderüljön, ezek nagyobb rugalmasságot biztosítanak-e a neuronoknak" - mondja Pollen.

A tanulmányban vizsgált organoidok az embrióban lévőkkel egyenértékű fejlődő neuronokat képviselnek, és nem ragadják meg a felnőtt idegsejtek teljes komplexitását. A jövőbeli kutatásoknak meg kell vizsgálniuk, hogy az ilyen védőmechanizmusok hogyan maradnak fenn az érett és öregedő neuronokban, mondja Sousa, mivel "ezeket a sejteket érintő degeneratív betegségek általában késői életkorban jelentkeznek".

1. Nolbrant, S. et al. Előnyomtatás a bioRxiv-nél: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592

   Google Tudós  

Irodalom letöltése