Dus menselijke hersenen groeiden: onze cellen beheersten de stress van de grootte
Dus menselijke hersenen groeiden: onze cellen beheersten de stress van de grootte
Mensen ontwikkelden onevenredig grote hersenen in vergelijking met onze primaatverwanten - maar deze neurologische upgrade had zijn prijs. Wetenschappers die dit compromis onderzoeken, hebben unieke genetische kenmerken ontdekt die laten zien hoe menselijke hersencellen omgaan met stress, om een grote hersenen in functie te houden. Dit onderzoek zou nieuwe benaderingen kunnen openen om ziekten zoals Parkinson en schizofrenie beter te begrijpen.
De studie 1 Concentreert zich op neuronen die de neurotransmitter-datpamine produceren. Dit is cruciaal voor beweging, leren en emotioneel vakmanschap.
Door duizenden dopamine -neuronen in het laboratorium te vergelijken, ontdekten de onderzoekers dat menselijke dopamine -neuronen meer genen tot expressie brengen die de activiteit van schadelijke antioxidanten bevorderen dan de neuronen van andere primaten.
De resultaten die nog niet worden beoordeeld, zijn een stap in de richting van "het begrijpen van de evolutie van het menselijk brein en alle potentieel positieve en negatieve aspecten die ermee verbonden zijn", legt Andre Sousa, neurowetenschapper aan de Universiteit van Wisconsin-Madison. "Het is interessant en belangrijk om er echt achter te komen wat specifiek is voor het menselijk brein, met het potentieel om nieuwe therapieën te ontwikkelen of zelfs ziekten in de toekomst te vermijden."
benadrukte neuronen
Hoe te leiden tot knie- en rugproblemen en veranderingen in de kaakstructuur en dieet leidt tot tandheelkundige problemen, de snelle expansie van het menselijk brein heeft ook uitdagingen gecreëerd voor zijn cellen voor zijn cellen, zegt de studiepoort Alex Pollen, neurowetenschapper aan de Universiteit van Californië, San Francisco. "We hebben de hypothese opgezet dat een soortgelijk proces plaatsvond en dat deze dopamine -neuronen gevoelige gewrichten kunnen vertegenwoordigen."
Met een beeldvormingsproces toonden pollen en zijn team aan dat twee dopamine -vereiste hersengebieden aanzienlijk groter zijn bij mensen dan met makaken. De prefrontale cortex is 18 keer groter en het striatum is bijna zeven keer groter.Niettemin hebben mensen slechts ongeveer twee keer zoveel dopamine -neuronen als hun primaatverwanten, zegt pollen. Deze neuronen moeten daarom blijven uitgerekt en harder werken - elk vormt meer dan twee miljoen synapsen - in het grotere, complexere menselijke brein.
"De dopamine -neuronen zijn echte atleten", zegt Nenad Sestan, ontwikkelingsneurowetenschapper aan de Yale University in New Haven, Connecticut. "Je bent constant geactiveerd."
Om te begrijpen hoe menselijke dopamine -neuronen zich kunnen hebben aangepast om te voldoen aan de vereisten van een groot brein, fokpollen en zijn collega's versies van deze cellen in het laboratorium.
Ze combineerden stamcellen die zich kunnen ontwikkelen in vele celtypen en acht mensen, zeven chimpansees, drie makaken en een orang-oetan en hebben ze gebracht tot geminiaturiseerde, hersenachtige structuren die worden aangeduid als organoïden. Na 30 dagen begonnen deze structuren dopamine te produceren en sloten ze een zich ontwikkelende hersenen.
Toen greep het team genetisch de dopamine -neuronen om te meten welke genen werden geactiveerd en hoe ze werden gereguleerd.
In een analyse van menselijke en chimpansees ontdekten de onderzoekers dat menselijke neuronen hogere hoeveelheden genen tot expressie brengen die oxidatieve stress beheren - een soort celschade veroorzaakt door het energie -intensieve proces van dopamineproductie. Deze genen codeerden enzymen, de toxische moleculen, dus gerelateerde reactieve zuurstofspecies, ontmantelen en neutraliseren die cellen kunnen beschadigen.
Om te onderzoeken of menselijke dopamine -neuronen unieke stressreacties kunnen hebben ontwikkeld, hebben de auteurs een pesticide toegepast dat oxidatieve stress op de organoïde veroorzaakte. Ze ontdekten dat neuronen die zich uit menselijke cellen hadden ontwikkeld, hun productie verhoogden van een molecuul genaamd BDNF, dat wordt verminderd bij mensen met neurodegeneratieve ziekten zoals die van Parkinson. Dezelfde reactie werd echter niet waargenomen in chimpansees.
Versterking van veerkracht
Het begrip van deze beschermende mechanismen zou de ontwikkeling van therapieën kunnen ondersteunen die de cellulaire afweer van mensen die het risico lopen Parkinson te ontwikkelen, versterken. "Sommige van deze beschermende mechanismen zijn mogelijk niet beschikbaar voor iedereen vanwege mutaties", legt Sousa uit. "Dit creëert extra kwetsbaarheid met deze individuen."
"Er zijn enkele potentiële doelstructuren die zeer interessant kunnen zijn voor per-turbine en vervolgens transplanteren in [dier] modellen van Parkinson om te zien of ze de neuronen meer veerkracht geven", zegt Pollen.
De in de studie onderzochte organoïden vertegenwoordigen ontwikkelende neuronen die overeenkomen met degenen die aanwezig zijn in een embryo en niet de volledige complexiteit van volwassen neuronen vastleggen. Toekomstig onderzoek moet onderzoeken hoe dergelijke beschermende mechanismen in banden en verouderende neuronen blijven, zegt Sousa, omdat "degeneratieve ziekten die deze cellen beïnvloeden, meestal in een late leeftijd plaatsvinden."
- >
-
nolbrant, S. et al. Preprint op Biorxiv: https://doi.org/10.1101/2024.14.623592