Näin ihmisen aivot kasvoivat: solumme selviytyivät koon aiheuttamasta stressistä

Näin ihmisen aivot kasvoivat: solumme selviytyivät koon aiheuttamasta stressistä

Ihmiset ovat kehittäneet suhteettoman suuret aivot kädellisten sukulaisiin verrattuna – mutta tällä neurologisella päivityksellä oli hintansa. Tätä kompromissia tutkivat tutkijat ovat löytäneet ainutlaatuisia geneettisiä piirteitä, jotka paljastavat, kuinka ihmisen aivosolut käsittelevät suuren aivojen toiminnan ylläpitämisen aiheuttamaa stressiä. Tämä tutkimus voisi avata uusia lähestymistapoja Parkinsonin ja skitsofrenian kaltaisten sairauksien ymmärtämiseen.

Tutkimus julkaistiin 15. marraskuuta 1 keskittyy hermosoluihin, jotka tuottavat välittäjäainetta dopamiinia. Tämä on elintärkeää liikkeelle, oppimiselle ja tunteiden käsittelylle.

Vertaamalla tuhansia laboratoriossa kasvatettuja dopamiinihermosoluja ihmisistä, simpansseista, makakeista ja orangutaneista, tutkijat havaitsivat, että ihmisen dopamiinihermosolut ilmentävät enemmän geenejä, jotka edistävät vahingollisten antioksidanttien toimintaa kuin muiden kädellisten hermosolut.

Tulokset, joita ei ole vielä vertaisarvioitu, ovat askel kohti "ihmisen aivojen evoluution ja kaikkien siihen liittyvien mahdollisten positiivisten ja negatiivisten näkökohtien ymmärtämistä", selittää Andre Sousa, Wisconsin-Madisonin yliopiston neurotieteilijä. "On mielenkiintoista ja tärkeää todella saada selville, mitä ihmisen aivoissa on erityistä, ja se voi kehittää uusia hoitoja tai jopa ehkäistä sairauksia tulevaisuudessa."

Stressaantuneet neuronit

Aivan kuten pystyssä kävely on johtanut polvi- ja selkäongelmiin ja muutokset leuan rakenteessa ja ruokavaliossa ovat johtaneet hammasongelmiin, ihmisen aivojen nopea laajentuminen evoluution aikana on tuonut haasteita sen soluille, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Alex Pollen, Kalifornian yliopiston San Franciscon neurotieteilijä. "Olitimme, että samanlainen prosessi tapahtui ja että nämä dopamiinihermosolut voivat edustaa haavoittuvia niveliä."

Pollen ja hänen tiiminsä osoittivat kuvantamistekniikalla, että kaksi dopamiinia vaativaa aivojen aluetta ovat huomattavasti suurempia ihmisillä kuin makakeilla. Prefrontaalinen aivokuori on 18 kertaa suurempi ja striatum lähes seitsemän kertaa suurempi.

Silti ihmisillä on vain noin kaksi kertaa enemmän dopamiinihermosoluja kuin heidän kädellisissä sukulaisissaan, Pollen sanoo. Näiden hermosolujen on siksi venyttävä pidemmälle ja työskenneltävä kovemmin - kukin muodostaen yli kaksi miljoonaa synapsia - suuremmissa, monimutkaisemmissa ihmisen aivoissa.

"Dopamiinihermosolut ovat todellisia urheilijoita", sanoo Nenad Sestan, kehityksen neurotieteilijä Yalen yliopistosta New Havenissa, Connecticutissa. "Ne ovat jatkuvasti aktiivisia."

Ymmärtääkseen, kuinka ihmisen dopamiinihermosolut ovat saattaneet mukautua vastaamaan suurten aivojen vaatimuksiin, Pollen ja hänen kollegansa kasvattivat versioita näistä soluista laboratoriossa.

He yhdistivät kantasoluja - jotka voivat kehittyä useiksi solutyypeiksi - kahdeksasta ihmisestä, seitsemästä simpanssista, kolmesta makakista ja orangutanista ja kasvattivat niistä pienoiskokoisia, aivojen kaltaisia ​​rakenteita, joita kutsutaan organoideiksi. 30 päivän kuluttua nämä rakenteet alkoivat tuottaa dopamiinia matkimalla kehittyviä aivoja.

Sitten ryhmä sekvensoi geneettisesti dopamiinihermosolut mitatakseen, mitkä geenit aktivoituivat ja miten niitä säädeltiin.

Ihmisen ja simpanssin hermosolujen analyysissä tutkijat havaitsivat, että ihmisen neuronit ilmensivät korkeampia geenejä, jotka hallitsevat oksidatiivista stressiä - eräänlaista soluvauriota, jonka voi aiheuttaa energiaintensiivinen dopamiinin tuotantoprosessi. Nämä geenit koodaavat entsyymejä, jotka hajottavat ja neutraloivat myrkyllisiä molekyylejä, joita kutsutaan reaktiivisiksi happilajeiksi ja jotka voivat vahingoittaa soluja.

Tutkiakseen, ovatko ihmisen dopamiinihermosolut kehittäneet ainutlaatuisia stressireaktioita, kirjoittajat käyttivät torjunta-ainetta, joka aiheuttaa oksidatiivista stressiä organoideihin. He havaitsivat, että ihmissoluista kehittyneet neuronit lisäsivät BDNF-nimisen molekyylin tuotantoaan, joka on vähentynyt ihmisillä, joilla on hermostoa rappeuttavia sairauksia, kuten Parkinsonin tautia. Samaa vastetta ei kuitenkaan havaittu simpanssin hermosoluissa.

Resilienssin vahvistaminen

Näiden suojamekanismien ymmärtäminen voisi tukea sellaisten hoitojen kehittämistä, jotka vahvistavat Parkinsonin taudin riskissä olevien ihmisten solujen puolustuskykyä. "Jotkin näistä suojamekanismeista eivät välttämättä ole läsnä kaikilla mutaatioiden vuoksi", Sousa selittää. "Tämä lisää haavoittuvuutta näille henkilöille."

"On olemassa joitakin mahdollisia kohteita, jotka voisivat olla erittäin mielenkiintoisia häiritä ja sitten siirtää Parkinsonin [eläin]malleihin nähdäkseen, antavatko ne hermosoluille lisää joustavuutta", Pollen sanoo.

Tutkimuksessa tutkitut organoidit edustavat kehittyviä hermosoluja, jotka vastaavat alkiossa olevia hermosoluja, eivätkä ne kuvaa aikuisten hermosolujen täyttä monimutkaisuutta. Tulevan tutkimuksen on tutkittava, kuinka tällaiset suojamekanismit säilyvät kypsissä ja ikääntyneissä hermosoluissa, Sousa sanoo, koska "näihin soluihin vaikuttavat rappeuttavat sairaudet ilmaantuvat yleensä myöhään."

1. Nolbrant, S. et ai. Esitulostus bioRxivissä: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592

   Google Scholar  

Lataa kirjallisuutta