Как люди развивают мозг большего размера, чем другие обезьяны

Новое исследование — первое, в котором показано, как человеческий мозг становится намного больше, имея в три раза больше нейронов, по сравнению с мозгом шимпанзе и гориллы. Исследование, проведенное учеными из лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований (MRC) в Кембридже, Великобритания, выявило ключевой молекулярный переключатель, который может заставить органоиды мозга обезьяны расти больше, чем органоиды человека, и наоборот.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, сравнивались «органоиды мозга» — трехмерные ткани, выращенные из стволовых клеток, которые моделируют раннее развитие мозга, — которые были выращены из стволовых клеток человека, гориллы и шимпанзе.

Подобно настоящему мозгу, органоиды человеческого мозга выросли намного больше, чем органоиды других человекообразных обезьян.

Доктор Мэдлин Ланкастер из Лаборатории молекулярной биологии MRC, которая руководила исследованием, сказала: «Это одно из первых представлений о том, чем отличается развивающийся человеческий мозг, что отличает нас от наших ближайших живых родственников, других человекообразных обезьян. . Самая разительная разница между нами и другими обезьянами заключается в том, насколько велик наш мозг ».

На ранних стадиях развития мозга нейроны состоят из стволовых клеток, называемых нейральными предшественниками. Эти клетки-предшественники изначально имеют цилиндрическую форму, что позволяет им легко разделяться на идентичные дочерние клетки той же формы.

Чем чаще нейронные клетки-предшественники размножаются на этой стадии, тем больше нейронов будет позже.

По мере созревания клеток и замедления их размножения они удлиняются, образуя форму растянутого конуса мороженого.

Ранее исследования на мышах показали, что их нейральные клетки-предшественники созревают и приобретают коническую форму и замедляют свое размножение в течение нескольких часов.

Теперь органоиды мозга позволили исследователям выяснить, как это развитие происходит у людей, горилл и шимпанзе.

Они обнаружили, что у горилл и шимпанзе этот переход занимает много времени, примерно за пять дней.

Предшественники человека еще больше задержались в этом переходе, занимая около семи дней. Клетки-предшественники человека сохраняли свою цилиндрическую форму дольше, чем у других человекообразных обезьян, и за это время они чаще делятся, производя больше клеток.

Эта разница в скорости перехода от нейральных предшественников к нейронам означает, что у человеческих клеток больше времени для размножения. Это может быть в значительной степени ответственным за примерно в три раза большее количество нейронов в мозге человека по сравнению с мозгом гориллы или шимпанзе.

Доктор Ланкастер сказал: «Мы обнаружили, что отсроченного изменения формы клеток в раннем мозге достаточно, чтобы изменить ход развития, помогая определить количество образовавшихся нейронов.

«Примечательно, что относительно простое эволюционное изменение формы клеток может иметь серьезные последствия для эволюции мозга. Я чувствую, что мы действительно узнали кое-что фундаментальное о вопросах, которые меня интересовали столько, сколько я себя помню — что делает мы люди «.

Чтобы раскрыть генетический механизм этих различий, исследователи сравнили экспрессию генов — какие гены включаются и выключаются — в органоидах мозга человека с другими обезьянами.

Они выявили различия в гене под названием «ZEB2», который в органоидах мозга горилл активизировался раньше, чем в органоидах человека.

Чтобы проверить действие гена на клетки-предшественники горилл, они отсрочили действие ZEB2. Это замедлило созревание клеток-предшественников, из-за чего органоиды мозга гориллы развивались более аналогично человеческим — медленнее и крупнее.

И наоборот, более быстрое включение гена ZEB2 в человеческих клетках-предшественниках способствовало преждевременному переходу в человеческие органоиды, так что они развивались больше как органоиды обезьян.

Исследователи отмечают, что органоиды являются моделью и, как и все модели, не полностью воспроизводят реальный мозг, особенно зрелую функцию мозга. Но что касается фундаментальных вопросов о нашей эволюции, то эти ткани мозга в тарелке дают беспрецедентное представление о ключевых стадиях развития мозга, которые иначе было бы невозможно изучить.

Доктор Ланкастер был частью команды, создавшей первые органоиды мозга в 2013 году.

Это исследование финансировалось Советом по медицинским исследованиям, Европейским исследовательским советом и UKR Research Research.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены UK Research and Innovation . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.