Mutantiniai šeškai pateikia užuominų apie žmogaus smegenų dydį – „ScienceDaily“.

Mutantiniai šeškai pateikia užuominų apie žmogaus smegenų dydį – „ScienceDaily“.

Genetiškai modifikuotas šeškas gali padėti atskleisti, kaip žmonės gavo dideles smegenis.

Inaktyvuodami geną, susijusį su neįprastai mažu žmonių smegenų dydžiu, mokslininkai sukūrė pirmąjį šešką su neurologine mutacija. Nors pradinis darbo postūmis buvo ištirti žmogaus smegenų ligas ir vystymąsi, sako Howardo Hugheso medicinos instituto (HHMI) tyrėjas Christopheris Walshas, ​​rezultatai taip pat atskleidžia, kaip žmogaus smegenys plėtėsi evoliucijos eigoje.

„Esu apmokytas kaip neurologas ir studijuoju vaikus, sergančius besivystančiomis smegenų ligomis“, – sako Walshas iš Bostono vaikų ligoninės. „Niekada nemaniau, kad žvelgsiu į žmonijos evoliucijos istoriją.

Jis ir kolegos kartu su Byoung-Il Bae laboratorija Jeilio universitete praneša apie darbą 2018 m. balandžio 11 d. Gamta.

Paprastai išorinis žmogaus smegenų sluoksnis, vadinamas smegenų žieve, yra didelis ir labai susilenkęs. Tačiau viskas gali suklysti, kai kuriamos embriono smegenys, todėl žievė bus daug mažesnė. Tai įvyksta esant mikrocefalijai, kai kūdikių galva ir smegenys yra žymiai mažesnės nei įprastai. Mikrocefalija gali turėti genetinę šaknį ir taip pat buvo susijusi su neseniai kilusiais Zikos viruso protrūkiais.

Tyrėjai nustatė genus, kurie vaidina tam tikrą vaidmenį, kai kurie iš jų yra būtini smegenų žievės augimui embriono vystymosi metu. Mutacijos genuose, vadinamuose ASPMPavyzdžiui, sumažinti žmogaus smegenų dydį iki 50 procentų, todėl jos yra maždaug tokio pat dydžio kaip šimpanzės smegenys.

Mokslininkai ištyrė pelių mikrocefaliją, kad geriau suprastų žmonių būklę, tačiau sužinoti apie žmogaus sutrikimus iš pelių gali būti sudėtinga. Pelės smegenys yra tūkstantį kartų mažesnės už žmogaus smegenis ir joje trūksta kelių rūšių smegenų ląstelių, kurių gausu žmonėms. Inaktyvuojama Asp pelių jų smegenys susitraukia tik apie 10 procentų. Tai toks subtilus defektas, kurį šie gyvūnai vadino Asp Knockout pelių, suteikia ribotą įžvalgą apie žmogaus žievės vystymąsi, sako Walshas, ​​vadovaujantis Alleno atradimų centrui Bostono vaikų ligoninėje ir Harvardo medicinos mokykloje.

Tai paskatino Bae ir Walsho komandą genetiškai inaktyvuoti arba „išmušti“. Asp žinduolyje, kurio žievė yra didesnė, labiau vingiuota, labiau panaši į žmonių. Walsh sako, kad šeškai tinka šiam tikslui, nes jie yra didelių smegenų žinduoliai, kurie greitai ir lengvai veisiasi. „Iš pirmo žvilgsnio šeškai gali atrodyti juokingas pasirinkimas, tačiau jie jau trisdešimt metų buvo svarbus smegenų vystymosi modelis.

Vis dėlto mokslininkai neatliko daug šeškų genetikos tyrimų. Visa idėja an Asp nokautas šeškas buvo laikomas nauju ir šiek tiek rizikingu. 2013 m. Walshas pristatė savo projektą HHMI ir padidino biudžetą, kurio jam reikėjo. Jo komandos Asp nokautas šeškas yra tik antrasis kada nors sukurtas nokautas šeškas. Vienas iš tyrimo bendraautorių Johnas Engelhardtas iš Ajovos universiteto beveik prieš 10 metų pirmą kartą ištyrė cistinę fibrozę.

Walshas, ​​Bae ir jų kolegos išsiaiškino, kad jų šeškai žmogaus mikrocefaliją modeliuoja daug tiksliau nei pelės. Šeškų smegenys buvo labai susitraukusios, o smegenų svoris sumažėjo iki 40 procentų. Ir, kaip ir žmonėms, buvo išsaugotas žievės storis ir ląstelių struktūra.

Be to, šeškai atskleidžia galimą mechanizmą, kaip žmogaus smegenys išaugo per evoliucijos laiką. Per pastaruosius septynis milijonus metų žmogaus smegenų dydis išaugo tris kartus. Didžioji šio išsiplėtimo dalis įvyko smegenų žievėje.

Iš tiesų, šeškų mutantų atveju mokslininkai atsekė smegenų žievės trūkumą iki tam tikros rūšies kamieninių ląstelių, vadinamų išorinėmis radialinėmis glialinėmis ląstelėmis (ORG). ORG sukuria kamieninės ląstelės, galinčios žievėje gaminti įvairias ląsteles. Walsho komanda tai nustatė Asp reguliuoja perėjimo tarp šių kamieninių ląstelių ir ORG laiką. Tai turi įtakos ORG ir kitų tipų ląstelių santykiui. Taigi, koregavimas Asp iš tikrųjų gali padidinti arba sumažinti nervų ląstelių skaičių smegenyse, sako Walsh, nekeičiant daugelio genų vienu metu.

Tai yra užuomina, kad genas galėjo turėti įtakos žmogaus smegenų evoliucijai. „Gamta turėjo išspręsti problemą, susijusią su žmogaus smegenų dydžio keitimu, nereikalaujant viso to pertvarkyti“, – sako Bae.

Asp koduoja baltymą, kuris yra ląstelių komplekso, vadinamo centriole, dalis. Walshas ir jo kolegos nustatė, kad šio geno pašalinimas sutrikdo centriolių organizaciją ir funkciją, o tai rodo pagrindinį biocheminį šeškų smegenų nepakankamumo mechanizmą.

Žmonėms keli genai, susiję su centriolių baltymais, įskaitant ASPM, patyrė naujausių evoliucinių pokyčių. Šie genai netgi gali būti svarbūs norint atskirti žmones nuo neandertaliečių ir artimiausių gyvų giminaičių šimpanzių, sako Walshas.

Apskritai, jis sako, kad tyrimas parodo šeškų naudojimo privalumus tiriant kai kuriuos žmogaus neurologinius sutrikimus. Tai taip pat atkreipia dėmesį į naujus mechanizmus, kurie evoliucijos laikotarpiu veikia individų ir tokių rūšių smegenyse kaip žmonės.

„Tai prasminga retrospektyviai“, – sako Walshas. „Genai, kurie vystymosi metu sujungė mūsų smegenis, turėjo būti genai, kuriuos evoliucija pakoregavo, kad mūsų smegenys būtų didesnės.

.

Leave a Comment

Your email address will not be published.