Мутантные хорьки проливают свет на

Эволюцию человеческого мозга

Люди наделены относительно большими мозгами. И за последние 7 миллионов лет — короткий промежуток времени с точки зрения эволюции-размер нашего мозга увеличился втрое.

Кора головного мозга, извилистый и свернутый внешний слой, особенно характерна для человека. Точно, почему и как наши мозги стали такими чертовски причудливыми, является предметом многих споров, и доказательства в настоящее время скудны.

Поиск ключей к генетическим и биологическим сдвигам, произошедшим миллионы лет назад, подобен поиску иглы в стоге сена на другом конце Вселенной. Однако время от времени Леди Серендипити улыбается ученым.

Недавно исследователи из ряда учреждений, в том числе медицинского института Говарда Хьюза в Чеви-Чейз, MD, Йельского университета в Нью-Хейвене, CT и Бостонской детской больницы в Массачусетсе, провели серию исследований, посвященных изучению микроцефалии.

Их исследования были плодотворными и углубили наше понимание микроцефалии, но они также приблизили нас к этой игле в далеком стоге сена. Их выводы были недавно опубликованы в журнале Nature.

Я учусь на невролога и изучаю детей с развивающимися заболеваниями головного мозга, — объясняет доктор Кристофер Уолш из Бостонской детской больницы. — Я никогда не думал, что буду всматриваться в эволюционную историю человечества.

Как исследовать микроцефалию

У детей с микроцефалией голова гораздо меньше, чем в норме, а кора головного мозга у них формируется неправильно. Это заболевание часто носит генетический характер, хотя в последнее время оно также было связано с вирусом Зика.

Как и почему кора головного мозга не формируется должным образом, до конца не понятно. Одна из причин, почему изучение этой темы так сложно, заключается в отсутствии хорошей модели; модель мыши чаще всего используется, но она не подходит для этой цели.

Мышиный мозг, как и следовало ожидать, крошечный. Кроме того, мыши не пользуются тем же разнообразным выбором клеток головного мозга, что и люди, и их кора гораздо более гладкая.

Ген, наиболее часто участвующий в микроцефалии, является тем, который кодирует белок, известный как Aspm. Когда этот ген мутирует, человеческий мозг будет примерно в два раза меньше нормального размера.

Однако у мышей без гена — так называемых Aspm knockout mice-их мозг сокращается всего на одну десятую. Это едва заметное изменение имеет мало пользы для ученых.

В поисках лучшей модели микроцефалии исследователи, возглавляемые д-ром Уолшем и Юнг — Иль Бэ из Йельского университета, обратились к хорькам.

На первый взгляд это может показаться странным выбором животного, но это имеет смысл: хорьки крупнее и имеют сложный кортекс с тем же диапазоном типов клеток, что и люди. Кроме того, подобно мышам, они размножаются быстро и свободно.

Как объясняет доктор Уолш, на первый взгляд хорьки могут показаться забавным выбором, но они были важной моделью для развития мозга в течение 30 лет.

Хотя хорьки оказались полезными ранее, мало что известно о генетике хорьков, поэтому создание версии Aspm knockout этого животного было бы сложным. Однако доктора Уолша это не остановило; он получил финансирование и приступил к работе.

Aspm knockout ferret-это всего лишь второй нокаутирующий хорек, когда-либо созданный человечеством.

Как и ожидалось, мозг нокаутированных хорьков Aspm был на 40 процентов меньше, чем обычно, что значительно приблизило его к человеческой версии микроцефалии. И, как и при микроцефалии человека, толщина коры головного мозга оставалась неизменной.

Ключ к эволюции мозга

Помимо разработки новой и полезной модели микроцефалии человека, ученые также погрузили свои пальцы ног в гораздо более трудноразрешимую проблему: как мы развили такой большой мозг?

Они исследовали, как потеря Apsm повлияла на мозг хорьков таким образом, что это произошло. Дефекты были прослежены вплоть до изменений в поведении радиальных глиальных клеток.

Радиальные глиальные клетки развиваются из нейроэпителиальных клеток, которые являются стволовыми клетками нервной системы. Они способны развиваться в несколько различных типов клеток в коре головного мозга.

Начиная с развивающихся желудочков головного мозга, радиальные глиальные клетки движутся в направлении формирующейся коры головного мозга. По мере того как эти клетки удаляются от своей начальной точки, они медленно теряют свою способность развиваться в различные типы клеток головного мозга.

Группа обнаружила, что отсутствие Апсм вызывало более быстрое отделение радиальных глиальных клеток от желудочков и начало их ранней миграции.

После того, как время было выключено, соотношение радиальных глиальных клеток к другим типам клеток пошло косо, что привело к уменьшению количества нервных клеток в коре головного мозга. Apsm действует как регулятор, набирая вверх или вниз общее число кортикальных нейронов. И здесь кроется ключ к пониманию эволюции человеческого мозга.

— Природа должна была решить проблему изменения размера человеческого мозга без необходимости перепроектировать все это.

Апсм изменяет развитие мозга таким образом, влияя на функцию центриол, или клеточных структур, участвующих в делении клеток. Без Apsm центриоли не выполняют свою работу должным образом.

В последнее время некоторые гены, участвующие в регуляции центриольных белков, включая Apsm, претерпели эволюционные изменения. Доктор Уолш полагает, что именно эти гены отличают нас от шимпанзе или наших дальних родственников-неандертальцев.

— В ретроспективе это имеет смысл, — говорит доктор Уолш. Гены, которые объединили наш мозг во время развития, должно быть, были генами, которые эволюция изменила, чтобы сделать наш мозг больше.

Изменяя этот один ген, можно изменить миграцию радиальных глиальных клеток и увеличить размер коры головного мозга. Эти исследования дают новую модель микроцефалии и новое понимание происхождения нашего раздутого мозга.

Начиная с развивающихся желудочков головного мозга, радиальные глиальные клетки движутся в направлении формирующейся коры головного мозга. По мере того как эти клетки удаляются от своей начальной точки, они медленно теряют свою способность развиваться в различные типы клеток головного мозга.

Www. medicalnewstoday. com

Любые данные

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *