Så menneskelige hjerner vokste: cellene våre mestret stresset av størrelse

Så menneskelige hjerner vokste: cellene våre mestret stresset av størrelse

Mennesker utviklet uforholdsmessig store hjerner sammenlignet med våre primat slektninger - men denne nevrologiske oppgraderingen hadde sin pris. Forskere som undersøker dette kompromisset har oppdaget unike genetiske trekk som viser hvordan menneskelige hjerneceller takler stress, for å holde en stor hjerne i funksjon. Denne forskningen kan åpne for nye tilnærminger for å bedre forstå sykdommer som Parkinsons og schizofreni.

Studien 1 Konsentrerer om nevroner som produserer nevrotransmitterdopaminet. Dette er avgjørende for bevegelse, læring og emosjonell utførelse.

Ved å sammenligne tusenvis av dopaminneuroner som ble avlet i laboratoriet, fant forskerne at humane dopaminneuroner uttrykker flere gener som fremmer aktiviteten til skadelige antioksidanter enn nevronene til andre primater.

Resultatene som ennå ikke er fagfellevurdert er et skritt mot "å forstå den menneskelige hjerneutviklingen og alle potensielt positive og negative aspekter som er forbundet med den," forklarer Andre Sousa, nevrovitenskapsmann ved University of Wisconsin-Madison. "Det er interessant og viktig å virkelig finne ut hva som er spesifikt for den menneskelige hjernen, med potensial til å utvikle nye terapier eller til og med unngå sykdommer i fremtiden."

Stressede nevroner

Hvordan føre til kne- og ryggproblemer og LED endringer i kjevestrukturen og kostholdet til tannproblemer, har den raske utvidelsen av den menneskelige hjernen også skapt utfordringer for cellene sine for sine celler, sier studieporten Alex Pollen, nevrovitenskapsmann ved University of California, San Francisco. "Vi har satt opp hypotesen om at en lignende prosess fant sted og at disse dopaminneuronene kunne representere mottagelige ledd."

Likevel har folk bare omtrent dobbelt så mange dopamin -nevroner som sine primatlidende, sier Pollen. Disse nevronene må derfor fortsette å bli strukket og jobbe hardere - hver danner mer enn to millioner synapser - i den større, mer komplekse menneskelige hjernen.

"Dopamin -nevronene er virkelige idrettsutøvere," sier Nenad Sestan, utviklings nevrovitenskapsmann ved Yale University i New Haven, Connecticut. "Du er stadig aktivert."

For å forstå hvordan humane dopaminneuroner kan ha tilpasset seg for å oppfylle kravene til en stor hjerne, avler pollen og hans kollegerversjoner av disse cellene i laboratoriet.

De kombinerte stamceller-som kan utvikle seg i mange celletyper ved åtte personer, syv sjimpanser, tre makaker og en orangutan og avlet dem til miniatyriserte, hjernelignende strukturer som blir referert til som organoider. Etter 30 dager begynte disse strukturene å produsere dopamin og slipe en utviklende hjerne.

Så grep teamet genetisk dopaminneuronene for å måle hvilke gener som ble aktivert og hvordan de ble regulert.

I en analyse av humane og sjimpanser fant forskerne at humane nevroner uttrykker høyere mengder gener som håndterer oksidativt stress - en slags celleskade forårsaket av den energi -intensive prosessen med dopaminproduksjon. Disse genene kodede enzymer, de toksiske molekylene, så kalt reaktive oksygenarter, demonterer og nøytraliserer som kan skade celler.

For å undersøke om humane dopaminneuroner kan ha utviklet unike stressreaksjoner, brukte forfatterne et plantevernmiddel som forårsaket oksidativt stress på organoidet. De fant at nevroner som hadde utviklet seg fra menneskelige celler, økte produksjonen av et molekyl kalt BDNF, som er redusert hos personer med nevrodegenerative sykdommer som Parkinson. Den samme reaksjonen ble imidlertid ikke observert i sjimpanser.

Styrking av spenst

Forståelsen av disse beskyttende mekanismene kan støtte utviklingen av terapier som styrker det cellulære forsvaret til mennesker som risikerer å utvikle Parkinsons. "Noen av disse beskyttende mekanismene er kanskje ikke tilgjengelige for alle på grunn av mutasjoner," forklarer Sousa. "Dette skaper ekstra sårbarhet med disse individene."

"Det er noen potensielle målstrukturer som kan være veldig interessante for per-turbinen og deretter transplantere i [dyr] -modeller fra Parkinson for å se om de gir nevronene mer motstandskraft," sier Pollen.

Organoidene som er undersøkt i studien representerer å utvikle nevroner som tilsvarer de som er til stede i et embryo og ikke fanger opp den fulle kompleksiteten til voksne nevroner. Fremtidig forskning må undersøke hvordan slike beskyttende mekanismer forblir i dekk og aldrende nevroner, sier Sousa, siden "degenerative sykdommer som påvirker disse cellene vanligvis forekommer i en sen alder."

1. Nolbrant, S. et al. Forhåndtrykk på biorxiv: https://doi.org/10.1101/2024.14.623592

   Google Scholar  

Last ned litteratur