Tako so se človeški možgani povečali: naše celice so se spopadle s stresom velikosti

Tako so se človeški možgani povečali: naše celice so se spopadle s stresom velikosti

Ljudje smo razvili nesorazmerno velike možgane v primerjavi z našimi sorodniki primati – vendar je ta nevrološka nadgradnja imela svojo ceno. Znanstveniki, ki preučujejo ta kompromis, so odkrili edinstvene genetske lastnosti, ki razkrivajo, kako se človeške možganske celice spopadajo s stresom zaradi ohranjanja delovanja velikih možganov. Ta raziskava bi lahko odprla nove pristope za boljše razumevanje bolezni, kot sta Parkinsonova bolezen in shizofrenija.

Študija, objavljena 15. novembra 1 se osredotoča na nevrone, ki proizvajajo nevrotransmiter dopamin. To je ključnega pomena za gibanje, učenje in čustveno obdelavo.

S primerjavo na tisoče v laboratoriju vzgojenih dopaminskih nevronov ljudi, šimpanzov, makakov in orangutanov so raziskovalci ugotovili, da človeški dopaminski nevroni izražajo več genov, ki spodbujajo aktivnost škodljivih antioksidantov, kot nevroni drugih primatov.

Rezultati, ki še niso bili strokovno pregledani, so korak k "razumevanju evolucije človeških možganov in vseh možnih pozitivnih in negativnih vidikov, povezanih z njo," pojasnjuje Andre Sousa, nevroznanstvenik na Univerzi Wisconsin-Madison. "Zanimivo in pomembno je resnično ugotoviti, kaj je specifično v človeških možganih, s potencialom za razvoj novih terapij ali celo preprečevanje bolezni v prihodnosti."

Stresni nevroni

Tako kot je pokončna hoja povzročila težave s koleni in hrbtom ter spremembe v strukturi čeljusti in prehrani povzročile težave z zobmi, je hitro širjenje človeških možganov skozi evolucijski čas povzročilo izzive za njihove celice, pravi soavtor študije Alex Pollen, nevroznanstvenik na Univerzi Kalifornije v San Franciscu. "Predvidevali smo, da je prišlo do podobnega procesa in da lahko ti dopaminski nevroni predstavljajo ranljive sklepe."

S tehniko slikanja sta Pollen in njegova ekipa pokazala, da sta dve regiji možganov, ki potrebujeta dopamin, bistveno večji pri ljudeh kot pri makakih. Prefrontalni korteks je 18-krat večji, striatum pa skoraj sedemkrat večji.

Kljub temu imajo ljudje le približno dvakrat toliko dopaminskih nevronov kot njihovi sorodniki primati, pravi Pollen. Ti nevroni se morajo zato še bolj raztegniti in delati težje – vsak tvori več kot dva milijona sinaps – v večjih, bolj zapletenih človeških možganih.

»Dopaminski nevroni so pravi športniki,« pravi Nenad Šestan, razvojni nevroznanstvenik na univerzi Yale v New Havenu v Connecticutu. "Nenehno so aktivirani."

Da bi razumeli, kako so se človeški dopaminski nevroni morda prilagodili zahtevam velikih možganov, so Pollen in njegovi kolegi v laboratoriju vzgojili različice teh celic.

Združili so izvorne celice – ki se lahko razvijejo v številne tipe celic – osmih ljudi, sedmih šimpanzov, treh makakov in orangutana ter jih vzgojili v miniaturne, možganom podobne strukture, imenovane organoidi. Po 30 dneh so te strukture začele proizvajati dopamin in posnemale možgane v razvoju.

Ekipa je nato genetsko sekvencirala dopaminske nevrone, da bi izmerila, kateri geni so bili aktivirani in kako so bili regulirani.

V analizi človeških in šimpanzovih nevronov so raziskovalci ugotovili, da človeški nevroni izražajo višje ravni genov, ki obvladujejo oksidativni stres – vrsto celične poškodbe, ki jo lahko povzroči energetsko intenziven proces proizvodnje dopamina. Ti geni kodirajo encime, ki razgrajujejo in nevtralizirajo strupene molekule, imenovane reaktivne kisikove vrste, ki lahko poškodujejo celice.

Da bi raziskali, ali so človeški dopaminski nevroni morda razvili edinstvene odzive na stres, so avtorji uporabili pesticid, ki povzroča oksidativni stres na organoidih. Ugotovili so, da so nevroni, ki so se razvili iz človeških celic, povečali proizvodnjo molekule, imenovane BDNF, ki je zmanjšana pri ljudeh z nevrodegenerativnimi boleznimi, kot je Parkinsonova bolezen. Vendar enakega odziva niso opazili pri nevronih šimpanzov.

Krepitev odpornosti

Razumevanje teh zaščitnih mehanizmov bi lahko podprlo razvoj terapij, ki krepijo celično obrambo ljudi, pri katerih obstaja tveganje za razvoj Parkinsonove bolezni. "Nekateri od teh zaščitnih mehanizmov morda niso prisotni pri vseh zaradi mutacij," pojasnjuje Sousa. "To ustvarja dodatno ranljivost za te posameznike."

»Obstaja nekaj potencialnih tarč, ki bi jih lahko bilo zelo zanimivo vznemiriti in nato presaditi v [živalske] modele Parkinsonove bolezni, da bi ugotovili, ali dajejo nevronom več odpornosti,« pravi Pollen.

Organoidi, pregledani v študiji, predstavljajo razvijajoče se nevrone, enakovredne tistim, ki so prisotni v zarodku, in ne zajamejo celotne kompleksnosti odraslih nevronov. Prihodnje raziskave morajo preučiti, kako takšni zaščitni mehanizmi vztrajajo v zrelih in starajočih se nevronih, pravi Sousa, saj se "degenerativne bolezni, ki prizadenejo te celice, običajno pojavijo v pozni starosti."

1. Nolbrant, S. et al. Prednatis pri bioRxiv: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592

   Google Učenjak  

Prenesite literaturo