Genetik

İnsan Beyninin Evriminin Kilidini Açmak – Sinirbilim Haberleri

Özet: Araştırmacılar, insan beyninin evrimi çalışmasında epiregulini insan neokorteksinin genişlemesinde anahtar bir faktör olarak tanımlayarak önemli bir keşifte bulundu. Fareler ve insanlar arasındaki beyin gelişimini karşılaştıran ve 3 boyutlu beyin organoidlerini kullanan ekip, epiregulinin neokorteks gelişimi için çok önemli olan kök hücrelerin bölünmesini ve genişlemesini desteklediğini buldu.

En son 3D kültür teknolojisini kullanan bu çalışma, insan beyni gelişimini goriller gibi primatlar da dahil olmak üzere diğer türlerden ayıran şeyin epiregulinin varlığı veya yokluğundan ziyade miktarının olduğunu öne sürüyor. Araştırma, insan beynini benzersiz kılan şeyin ne olduğuna dair yeni bilgiler sunuyor ve karmaşık evrimsel süreçleri anlamada yenilikçi metodolojilerin değerinin altını çiziyor.

Ana unsurlar:

  1. Epiregulinin Beyin Genişlemesindeki Rolü: Epiregulin, gelişmekte olan beyindeki kök hücrelerin genişlemesini destekleyerek insan neokorteksinin karmaşıklığına ve boyutuna katkıda bulunur.
  2. Araştırma Aracı Olarak 3 Boyutlu Beyin Organoidleri: Çalışma, insan beyni gelişimini taklit etmek için 3 boyutlu beyin organoitlerinden yararlanarak, istilacı yöntemler olmadan hücresel mekaniğe derinlemesine dalmayı mümkün kıldı.
  3. Mevcudiyet Üzerinden Miktar: Araştırma, insanların ve goriller de dahil olmak üzere diğer primatların epiregulin genine sahip olduğunu, ancak bunun insanlardaki ifade düzeyinin neokorteks gelişimimizin anahtarı olduğunu gösteriyor.

Kaynak: OLABİLMEK

Bizi insan yapan şey nedir? Nörobiyologlara göre bu bizim neokorteksimizdir. Beynin bu dış katmanı nöronlar açısından zengindir ve soyut düşünmemizi, sanat yaratmamızı ve karmaşık diller konuşmamızı sağlar.

TUD Dresden Teknoloji Üniversitesi Dresden Rejeneratif Terapiler Merkezi’nden (CRTD) Dr. Mareike Albert liderliğindeki uluslararası bir ekip, insanlarda neokorteks genişlemesine katkıda bulunabilecek yeni bir faktör belirledi.

Sonuçlar dergide yayınlandı EMBO Dergisi.

Bu beyin modellerini gösterir.
Epiregulinin insan ve goril beyin organoitlerindeki etkisini karşılaştıran ekip, goril beyin organoitlerine epiregulin eklemenin kök hücrelerin genişlemesini daha da destekleyebileceğini buldu. Kredi: Nörobilim Haberleri

Neokorteks, beynin cevize benzeyen karakteristik kıvrımlı dış tabakasıdır. Soyut düşünme, sanat ve dil gibi daha yüksek bilişsel işlevlerden sorumludur.

CRTD araştırma grubu lideri Dr. Mareike Albert, “Neokorteks beynin en son gelişen kısmıdır” diyor.

“Tüm memelilerin bir neokorteksi vardır, ancak boyutu ve karmaşıklığı farklılık gösterir. İnsan ve primat neokortekslerinde kıvrımlar varken, örneğin farelerde hiçbir kırışık olmayan, tamamen pürüzsüz bir neokorteks var.”

İnsan beyninin karakteristik kıvrımları neokorteksin yüzey alanını arttırır. İnsan neokorteksinde karmaşık bilişsel işlevleri destekleyen daha fazla sayıda nöron bulunur.

Neokorteks evrimini yönlendiren moleküler mekanizmalar hala büyük ölçüde bilinmemektedir. “Neokorteks boyutunda türler arası farklılıklardan hangi genler sorumludur? İnsanlarda beyin genişlemesine hangi faktörler katkıda bulunmuştur? Bu soruları yanıtlamak, insan beyni gelişimini anlamak ve potansiyel olarak zihinsel sağlık bozukluklarını ele almak için çok önemlidir” diye açıklıyor Dr. Albert.

Beyin Organoidlerinin Gücü

Albert grubu, beyin genişlemesini etkileyen faktörleri araştırmak için farelerin ve insanların gelişen beyinlerini karşılaştırdı.

“Farelerdeki kök hücreler primatlarla karşılaştırıldığında çok fazla bölünmüyor ve çok fazla nöron üretmiyor. Öte yandan insanların gelişmekte olan beyninde çok sayıda kök hücre bulunur. Bu oldukça genişlemiş kök hücre havuzu, nöron sayısındaki ve beyin büyüklüğündeki artışın temelini oluşturuyor” diye açıklıyor Dr. Albert.

Ekip, insanlarda mevcut olan ancak farelerde bulunmayan bir faktör buldu. Grup, 3D hücre kültürü teknolojisini kullanarak, yeni tanımlanan faktörün neokorteksin genişlemesini etkileyip etkilemediğini test etti.

“2012 yılında Nobel ödülüne layık görülen araştırma sayesinde her hücreyi kök hücreye dönüştürmek mümkün. Böyle bir kök hücre daha sonra bir organa, örneğin beyne benzeyen üç boyutlu bir dokuya dönüştürülebilir. İnsan kök hücreleri, gelişimi ve hastalıkları doğrudan insan dokularında incelemeyi mümkün kılıyor” diye açıklıyor Dr. Albert.

Bu 3 boyutlu beyin kültürleri veya beyin organoitleri, eğitimsiz bir göz için beyinlere benzemeyebilir ancak gelişmekte olan beyinlerin hücresel karmaşıklığını taklit ederler. “Gelişen beynin hücre tiplerinin çoğu mevcut. Etkileşime giriyorlar, sinyal veriyorlar ve gerçek bir insan beynindekine benzer şekilde düzenlenmişler” diyor Dr. Albert.

Grup, 3 boyutlu beyin organoidlerini kullanarak, epiregulin olarak bilinen bir büyüme faktörünün, gelişmekte olan beyindeki kök hücrelerin bölünmesini ve genişlemesini gerçekten desteklediğini göstermeyi başardı.

Tutar Hakkında Her Şey

CRTD’de doktora adayı olan çalışmanın baş yazarı Paula Cubillos, “Epiregülinin insan neokortikal kök hücrelerinin genişlemesini tetiklediğini bildiğimizden, epiregülini kodlayan gene baktık ve onu evrim ağacı boyunca izlemeye çalıştık” diyor. Bu gen sadece insanlara özgü değil, aynı zamanda diğer primatlarda ve hatta farelerde de mevcut.

“Ancak gelişmekte olan fare beyninde epiregulin üretilmiyor çünkü gen kalıcı olarak kapatılıyor ve kullanılmıyor. Epiregulinin insanlarda ve diğer primatlarda işleyişinde herhangi bir farklılık olup olmadığını anlamak ilgimizi çekti” diye açıklıyor Paula Cubillos.

Araştırmacılar tekrar 3 boyutlu kültür teknolojisine yöneldiler. Araştırmacılar goril kök hücrelerini kullanarak goril beyni organoitleri ürettiler. “Goriller nesli tükenmekte olan türlerdir. Beyin gelişimleri hakkında çok az şey biliyoruz. Kök hücrelerden yapılan organoidler, türlerle hiçbir etkileşime girmeden beyin gelişimlerini incelemenin bir yolunu sunuyor” diyor Dr. Albert.

Epiregulinin insan ve goril beyin organoitlerindeki etkisini karşılaştıran ekip, goril beyin organoitlerine epiregulin eklemenin kök hücrelerin genişlemesini daha da destekleyebileceğini buldu. Ancak insan beyni organoitlerine daha fazla epiregulin eklenmesi aynı etkiyi yaratmadı. Bunun nedeni insan neokorteksinin halihazırda çok büyük ölçüde genişlemiş olması olabilir.

“Daha önce tanımlanan faktörlerden farklı olarak epiregulin, insanlara özgü değil gibi görünüyor. Bunun yerine büyüme faktörünün miktarı, türler arası farklılıkların önemli düzenleyicisi gibi görünüyor” diye bitiriyor Dr. Albert.

Bu çalışma yalnızca insanın benzersizliği konusundaki anlayışımızı geliştirmekle kalmıyor, aynı zamanda hayvan araştırmalarına etik ve müdahalesiz tamamlayıcılar sunan yeni teknolojilerin önemini de vurguluyor.

Çalışma, King’s College London, TU Dresden Tıp Fakültesi Carl Gustav Carus, Max Planck Moleküler Hücre Biyolojisi ve Genetiği Enstitüsü ve Hannover Tıp Okulu ile işbirliği içinde gerçekleştirildi.

Bu sinir bilimi ve evrim araştırması haberleri hakkında

Soyut

Büyüme faktörü EPIREGULIN, gelişmekte olan neokortekste bazal progenitör proliferasyonunu teşvik eder

Evrim sırasında neokorteks genişlemesi, daha fazla sayıda nöronla bağlantılıdır; bunun, gelişim sırasında bazal progenitör hücrelerin artan proliferatif kapasitesi ve nörojenik potansiyelinden kaynaklandığı düşünülmektedir.

Burada şunu gösteriyoruz EREGBüyüme faktörü EPIREGULIN’i kodlayan insan gelişen neokorteksinde ve goril serebral organoidlerinde eksprese edilir, ancak fare neokorteksinde eksprese edilmez. EPIREGULIN’in fare neokorteksine eklenmesi bazal progenitör hücrelerin çoğalmasını arttırırken, EREG insan kortikal organoitlerindeki ablasyon, subventriküler bölgedeki proliferasyonu azaltır.

Kortikal organoidlerin EPIREGULIN ile tedavisi, goril proliferasyonunda daha fazla bir artış sağlarken insan bazal progenitör hücrelerinde bu artışı desteklemez. EPIREGULIN, proliferasyonu teşvik etmek için epidermal büyüme faktörü (EGF) ile rekabet eder ve EGF reseptörünün inhibisyonu, bazal progenitör hücrelerde EPIREGULIN aracılı artışı ortadan kaldırır.

Son olarak, türler arası gözlemlenen farklılıklara katkıda bulunabilecek olası cis-düzenleyici unsurları belirliyoruz. EREG ifade.

Bulgularımız, EPIREGULIN ekspresyonunun türe özgü düzenlemesinin, subventriküler bölgedeki bazal progenitör hücrelere ayarlanabilir bir proliferatif sinyal sağlayarak primatların neokorteks boyutunun artmasına katkıda bulunabileceğini göstermektedir.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/human-brain-evolution-25825/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu