Tātad pieauga cilvēka smadzenes: mūsu šūnas apguva lieluma stresu
Tātad pieauga cilvēka smadzenes: mūsu šūnas apguva lieluma stresu
Cilvēki attīstījās nesamērīgi lielas smadzenes, salīdzinot ar mūsu primātu radiniekiem, taču šim neiroloģiskajam jauninājumam bija sava cena. Zinātnieki, kuri pārbauda šo kompromisu, ir atklājuši unikālas ģenētiskās iezīmes, kas parāda, kā cilvēka smadzeņu šūnas rīkojas ar stresu, lai saglabātu lielas smadzenes funkcijā. Šis pētījums varētu pavērt jaunas pieejas, lai labāk izprastu tādas slimības kā Parkinsona un šizofrēnija.
Pētījums 1 koncentrējas uz neironiem, kas rada neirotransmitter dopamīnu. Tas ir ļoti svarīgi kustībai, mācībām un emocionālai meistarībai.
Salīdzinot tūkstošiem laboratorijā audzēto dopamīna neironu, pētnieki atklāja, ka cilvēka dopamīna neironi izsaka vairāk gēnu, kas veicina kaitīgu antioksidantu aktivitāti nekā citu primātu neironi.
Rezultāti, kas vēl nav recenzēti, ir solis uz "cilvēka smadzeņu evolūcijas izpratni un visiem potenciāli pozitīvajiem un negatīvajiem aspektiem, kas ar to ir saistīti", skaidro Andre Sousa, Viskonsinas Universitātes neirozinātnieks. "Ir interesanti un svarīgi patiešām uzzināt, kas ir raksturīgs cilvēka smadzenēm, ar potenciālu attīstīt jaunas terapijas vai pat izvairīties no slimībām nākotnē."
stresa neironi
Kā izraisīt ceļa un muguras problēmas un izraisīja izmaiņas žokļa struktūrā un uzturā līdz zobu problēmām. Cilvēka smadzeņu ātra paplašināšana ir radījusi arī izaicinājumus savām šūnām savām šūnām, saka pētījuma vārti Alekss Pollens, Kalifornijas Universitātes Sanfrancisko neirozinātnieks. "Mēs esam izvirzījuši hipotēzi, ka notika līdzīgs process un ka šie dopamīna neironi varētu attēlot jutīgas locītavas."
Izmantojot attēlveidošanas procesu, Pollens un viņa komanda parādīja, ka divi smadzeņu reģioni dopamīnam ir ievērojami lielāki nekā makakām. Prefrontālā garoza ir 18 reizes lielāka, un striatum ir gandrīz septiņas reizes lielāks.Neskatoties uz to, cilvēkiem ir tikai apmēram divreiz vairāk dopamīna neironu nekā viņu primātu radinieki, saka Pollen. Tāpēc šiem neironiem jāturpina izstiepties un strādāt vairāk - katrs veido vairāk nekā divus miljonus sinapses - lielākās, sarežģītākās cilvēka smadzenēs.
"Dopamīna neironi ir īsti sportisti," saka Nenads Sestāns, Jēlas universitātes attīstības neirozinātnieks Ņūheivenā, Konektikutā. "Jūs esat pastāvīgi aktivizēts."
Lai saprastu, kā cilvēka dopamīna neironi var būt pielāgojušies, lai izpildītu lielas smadzeņu, selekcijas ziedputekšņu un viņa kolēģu versiju prasības laboratorijā.
Viņi apvienoja cilmes šūnas, kas var attīstīties daudzos šūnu veidos pa astoņiem cilvēkiem, septiņām šimpanzēm, trim makakām un orangutānam un audzēja tos miniatūrizētām, smadzenēm līdzīgām struktūrām, kuras sauc par organoīdiem. Pēc 30 dienām šīs struktūras sāka ražot dopamīnu un slīpēja jaunattīstības smadzenes.
Tad komanda ģenētiski sagrāba dopamīna neironus, lai izmērītu, kuri gēni tika aktivizēti un kā tie tika regulēti.
Cilvēka un šimpanzes analīzē pētnieki atklāja, ka cilvēku neironi izsaka lielāku gēnu daudzumu, kas pārvalda oksidatīvo stresu - sava veida šūnu bojājumus, ko izraisa enerģijas intensīvs dopamīna ražošanas process. Šie gēni kodēja fermentus, toksiskās molekulas, tātad sauktās reaktīvās skābekļa sugas, demontē un neitralizē, kas var sabojāt šūnas.
Lai pārbaudītu, vai cilvēka dopamīna neironiem, iespējams, ir izveidojušās unikālas stresa reakcijas, autori piemēroja pesticīdu, kas izraisīja oksidatīvo stresu organoīdam. Viņi atklāja, ka neironi, kas attīstījušies no cilvēka šūnām, palielināja to molekulas, ko sauc par BDNF, veidošanos, kas ir samazināta cilvēkiem ar neirodeģeneratīvām slimībām, piemēram, Parkinsonu. Tomēr šī pati reakcija netika novērota šimpanzēs.
noturības stiprināšana
Šo aizsardzības mehānismu izpratne varētu atbalstīt terapijas attīstību, kas stiprina šūnu aizsardzību pret cilvēkiem, kuriem ir risks attīstīt Parkinsonu. "Daži no šiem aizsardzības mehānismiem var nebūt pieejami visiem mutāciju dēļ," skaidro Sousa. "Tas rada papildu neaizsargātību ar šiem indivīdiem."
"Ir dažas potenciālas mērķa struktūras, kuras varētu būt ļoti interesantas katrai turbīnai un pēc tam transplantēt [Animal] modeļos no Parkinsona, lai redzētu, vai tie neironiem dod lielāku noturību," saka Pollen.
Pētījumā pārbaudītie organoīdi atspoguļo jaunattīstības neironus, kas atbilst tiem, kas atrodas embrijā un neuztver pieaugušo neironu pilnīgu sarežģītību. Turpmākajos pētījumos ir jāizpēta, kā šādi aizsardzības mehānismi paliek riepās un novecojošos neironos, saka Sousa, jo "deģeneratīvas slimības, kas ietekmē šīs šūnas, parasti notiek vēlīnā vecumā".
-
Nolbrant, S. et al. Priekšnoteikums Biorxiv:
Lejupielādējiet literatūru