Направи дарение на училище!

Модел на съвременен човешки мозък.

Ново проучване е първото, което установява как точно човешкият мозък е станал много по-голям и с три пъти повече неврони в сравнение с мозъка на шимпанзетата и горилите. Проучването, ръководено от изследователи от Лабораторията по молекулярна биология на Съвета за медицински изследвания (MRC) в Кеймбридж (Великобритания) идентифицира ключов молекулен превключвател, който може да накара органоидите на маймунския мозък да растат по-скоро като човешките органоиди и обратно.

Изследването, публикувано в списание Cell, сравнява „мозъчни органоиди“ (3D тъкани, получени от стволови клетки, които моделират ранното развитие на мозъка) отгледани от стволови клетки на човек, горила и шимпанзе.
Подобно на действителните мозъци, човешките мозъчни органоиди нарастват много по-големи спрямо органоидите от други маймуни.

Д-р Мадлин Ланкастър от лабораторията за молекулярна биология на MRC, която ръководи проучването, заяви че: „Това дава някои от първите прозрения по въпроса какво е различното в развиващия се човешки мозък, което ни отличава от най-близките ни живи роднини – другите големи маймуни. Най-поразителната разлика между нас и другите маймуни е колко невероятно големи са нашите мозъци в сравнение с техните.“

По време на ранните етапи на мозъчното развитие невроните се изграждат от стволови клетки, наречени невронни предшественици. Тези първични клетки първоначално имат цилиндрична форма, която ги улеснява да се разделят на еднакви дъщерни клетки със същата форма.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Колкото повече пъти невронните клетки-предшественици се размножават на този етап, толкова повече неврони ще има по-късно.
Докато клетките узряват и забавят размножаването си, те се удължават, придобивайки форма като разтегнат конус.

Преди това изследванията върху мишки са показали, че техните нервни клетки-предшественици узряват в конусообразна форма и забавят размножаването си в рамките на часове.
Сега мозъчните органоиди позволиха на изследователите да разкрият как това развитие се случва при хора, горили и шимпанзета. Те откриха, че при горилите и шимпанзетата този преход отнема много време, приблизително около пет дни.

След като човешките прото-клетки бяха още по-забавени в този преход, отнемайки им около седем дни, в процеса те поддържаха цилиндричната си форма по-дълго от тези на другите маймуни и през това време се деляха по-често, произвеждайки повече нови клетки.

Тази разлика в скоростта на преход от невронни предшественици към неврони означава, че човешките клетки имат повече време за размножаване. Това обстоятелство може да бъде до голяма степен отговорно за приблизително трикратно по-големия брой неврони в човешкия мозък в сравнение с този на горила или шимпанзе.

„Установихме, че забавената промяна във формата на клетките в ранния мозък е достатъчна, за да промени хода на развитието, като помага да се определи броят на невроните, които се образуват”, казва д-р Ланкастър. „Забележително е, че относително простата еволюционна промяна в клетъчната форма може да има толкова големи последици в мозъчната еволюция. Чувствам, че наистина сме научили нещо основно за въпросите, от които се интересувам откакто се помня, а именно – какво ни прави нас хора.“

За да разкрият генетичния механизъм, движещ тези различия, изследователите сравняват генната експресия, кои гени се включват и изключват, в органоидите на човешкия мозък спрямо другите маймуни.
Те установиха различия в ген, наречен „ZEB2“, който беше включен в органоидите на мозъка на горила по-рано отколкото в органоидите на хората.

За да тестват ефектите на гена в клетките-предшественици при горилата, те забавят ефектите на ZEB2. Това забавя узряването на клетките-предшественици, което кара мозъчните органоиди на горилата да се развиват по-подобно на човешките – по-бавно и по-големи.

И обратно, включването на гена ZEB2 по-рано в човешките прото-клетки спомага за преждевременния преход в човешките органоиди, така че те се развиват по-скоро като маймуноподобните органоиди.

Изследователите отбелязват, че органоидите са модел и, както всички модели, не възпроизвеждат напълно реалните мозъци, особено зрелите мозъчни функции. Но за основните въпроси относно нашата еволюция, тези мозъчни тъкани в една чиния предоставят безпрецедентен поглед върху ключовите етапи от развитието на мозъка, които би било невъзможно да се проучат по друг начин.

Д-р Ланкастър беше част от екипа, създал първите мозъчни органоиди през 2013 г.
Това проучване е финансирано от Съвета за медицински изследвания, Европейския съвет за изследвания и Cancer Research UK.

Референция: “Ранната промяна на клетъчната форма движи еволюционното разширяване на човешкия преден мозък”. Silvia Benito-Kwiecinski, Stefano L. Giandomenico, Magdalena Sutcliffe, Erlend S. Riis, Paula Freire-Pritchett, Iva Kelava, Stephanie Wunderlich, Ulrich Martin, Gregory A. Wray, Kate McDole, Madeline A. Lancaster. Cell, 2021; DOI: 10.1016/j.cell.2021.02.050

Източник: ScienceDaily
Превод: Радослав Тодоров

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!