Så mänskliga hjärnor växte: Våra celler behärskade stressen i storleken

Så mänskliga hjärnor växte: Våra celler behärskade stressen i storleken

Människor utvecklade oproportionerligt stora hjärnor jämfört med våra primat släktingar - men denna neurologiska uppgradering hade sitt pris. Forskare som undersöker denna kompromiss har upptäckt unika genetiska drag som visar hur mänskliga hjärnceller hanterar stress för att hålla en stor hjärna i funktion. Denna forskning kan öppna nya tillvägagångssätt för att bättre förstå sjukdomar som Parkinsons och schizofreni.

Studien 1 Koncentrerar sig på neuroner som producerar Neurotransmiter Dopamine. Detta är avgörande för rörelse, lärande och emotionell utförande.

Genom att jämföra tusentals dopaminneuroner uppfödda i laboratoriet fann forskarna att humana dopaminneuroner uttrycker fler gener som främjar aktiviteten hos skadliga antioxidanter än neuronerna hos andra primater.

Resultaten som ännu inte är peer-granskade är ett steg mot att "förstå den mänskliga hjärnutvecklingen och alla potentiellt positiva och negativa aspekter som är kopplade till det," förklarar Andre Sousa, neurovetenskapsman vid University of Wisconsin-Madison. "Det är intressant och viktigt att verkligen ta reda på vad som är specifikt för den mänskliga hjärnan, med potential att utveckla nya terapier eller till och med undvika sjukdomar i framtiden."

stressade neuroner

Hur man leder till knä- och ryggproblem och ledde förändringar i käkstrukturen och dieten till tandproblem, den snabba utvidgningen av den mänskliga hjärnan har också skapat utmaningar för sina celler för sina celler, säger studieporten Alex Pollen, neurovetenskapsman vid University of California, San Francisco. "Vi har lagt upp hypotesen att en liknande process ägde rum och att dessa dopaminneuroner kan representera mottagliga leder."

Ändå har människor bara ungefär dubbelt så många dopaminneuroner som sina primat släktingar, säger pollen. Dessa neuroner måste därför fortsätta att sträckas och arbeta hårdare - var och en bildar mer än två miljoner synapser - i den större, mer komplexa mänskliga hjärnan.

"Dopaminneuronerna är riktiga idrottare," säger Nenad Sestan, utvecklingsneurovetenskapsman vid Yale University i New Haven, Connecticut. "Du är ständigt aktiverad."

att förstå hur humana dopaminneuroner kan ha anpassat sig för att uppfylla kraven i en stor hjärna, avla pollen och hans kollegor versioner av dessa celler i laboratoriet.

De kombinerade stamceller som kan utvecklas i många celltyper för åtta personer, sju schimpanser, tre makaker och en orangutang och avel dem till miniatyriserade, hjärnliknande strukturer som kallas organoider. Efter 30 dagar började dessa strukturer producera dopamin och slipade en utvecklande hjärna.

sedan grep teamet genetiskt dopaminneuronerna för att mäta vilka gener som aktiverades och hur de reglerades.

I en analys av mänskliga och schimpanser fann forskarna att mänskliga neuroner uttrycker högre mängder gener som hanterar oxidativ stress - en slags cellskada orsakad av den energiintensiva processen för dopaminproduktion. Dessa gener kodade enzymer, de toxiska molekylerna, så kallade reaktiva syrearter, demonterar och neutraliserar som kan skada celler.

För att undersöka om humana dopaminneuroner kan ha utvecklat unika stressreaktioner, använde författarna en bekämpningsmedel som orsakade oxidativ stress på organoiden. De fann att neuroner som hade utvecklats från mänskliga celler ökade sin produktion av en molekyl som kallas BDNF, vilket reduceras hos personer med neurodegenerativa sjukdomar som Parkinsons. Samma reaktion observerades emellertid inte i schimpanser.

Stärkande motståndskraft

Förståelsen för dessa skyddsmekanismer kan stödja utvecklingen av terapier som stärker cellförsvaret för människor som riskerar att utveckla Parkinsons. "Vissa av dessa skyddsmekanismer kanske inte är tillgängliga för alla på grund av mutationer," förklarar Sousa. "Detta skapar ytterligare sårbarhet med dessa individer."

"Det finns några potentiella målstrukturer som kan vara mycket intressanta för per turbin och sedan transplantat i [djur] modeller från Parkinsons för att se om de ger neuronerna mer motståndskraft," säger pollen.

Organoiderna som undersöktes i studien representerar utveckling av neuroner som motsvarar de som är närvarande i ett embryo och inte fångar den fulla komplexiteten hos vuxna neuroner. Framtida forskning måste undersöka hur sådana skyddsmekanismer kvarstår i däck och åldrande neuroner, säger Sousa, eftersom "degenerativa sjukdomar som påverkar dessa celler vanligtvis förekommer i en sen ålder."

1. Nolbrant, S. et al. Förtryck på BiorXIV: Google Scholar  

Ladda ner litteratur