Genetik

Modern İnsanlar Neandertallerden Daha Fazla Beyin Nöronu Üretiyor

Özet: Çalışma, modern insan ön lobunda geliştirme sırasında Neandertal beynine kıyasla daha fazla nöron üretimini ortaya koyuyor. Araştırmacılar bunun TKTL1 proteinindeki tek bir amino asitteki değişiklikten kaynaklandığını söylüyor.

Kaynak: Max Planck Enstitüsü

Modern insanı neyin benzersiz kıldığı sorusu, uzun zamandır araştırmacılar için itici bir güç olmuştur. En yakın akrabalarımız olan Neandertallerle yapılan karşılaştırmalar bu nedenle büyüleyici içgörüler sağlar.

Beyin gelişimi sırasında beyin boyutundaki ve nöron üretimindeki artış, insan evrimi sırasında meydana gelen artan bilişsel yetenekler için ana faktörler olarak kabul edilir.

Bununla birlikte, hem Neandertaller hem de modern insanlar benzer büyüklükte beyinler geliştirirken, modern insan ve Neandertal beyinlerinin gelişim sırasında nöron üretimleri açısından farklılık gösterip göstermediği hakkında çok az şey biliniyor.

Dresden’deki Max Planck Moleküler Hücre Biyolojisi ve Genetiği Enstitüsü’nden (MPI-CBG) araştırmacılar, şimdi, Neandertal varyantından yalnızca tek bir amino asitle ayrılan TKTL1 proteininin modern insan varyantının, bir tür beyin progenitörünü arttırdığını gösteriyor. Modern insan beyninde bazal radyal glia adı verilen hücreler.

Bazal radyal glial hücreler, beynin birçok bilişsel yetenek için çok önemli olan bir parçası olan gelişen neokorteksteki nöronların çoğunu oluşturur.

TKTL1 aktivitesi özellikle fetal insan beyninin ön lobunda yüksek olduğundan, araştırmacılar, TKTL1’deki bu insana özgü amino asit ikamesinin, modern insanlarda neokorteksin gelişen ön lobunda Neandertallere göre daha büyük bir nöron üretiminin temelini oluşturduğu sonucuna varıyor.

Modern insanlarla soyu tükenmiş akrabalarımız Neandertaller ve Denisovalılar arasında sadece az sayıda proteinin amino asitlerinin (proteinlerin yapı taşları) dizilişinde farklılıklar vardır.

Modern insan beyninin gelişimi için bu farklılıkların biyolojik önemi büyük ölçüde bilinmemektedir. Aslında, hem modern insanlar hem de Neandertaller, benzer boyutta bir beyne ve özellikle bir neokortekse sahiptir, ancak bu benzer neokorteks boyutunun benzer sayıda nöron anlamına gelip gelmediği belirsizliğini koruyor.

Dresden’deki Max Planck Moleküler Hücre Biyolojisi ve Genetiği Enstitüsü’nün (MPI-CBG) kurucu direktörlerinden Wieland Huttner’ın araştırma grubunun en son çalışması, Max Planck Enstitüsü Direktörü Svante Pääbo ile işbirliği içinde gerçekleştirildi. Leipzig’deki Evrimsel Antropoloji ve Dresden Üniversite Hastanesi’nden Pauline Wimberger ve meslektaşları tam da bu soruyu ele alıyor.

Araştırmacılar, protein transketolaz benzeri 1 (TKTL1) olan Neandertallere kıyasla esasen tüm modern insanlarda tek bir amino asit değişikliği sunan bu proteinlerden birine odaklanıyor. Spesifik olarak, modern insanlarda TKTL1 söz konusu dizi konumunda bir arginin içerirken, Neandertal TKTL1’de ilgili amino asit lizindir.

Fetal insan neokorteksinde, TKTL1, tüm kortikal nöronların türediği hücreler olan neokortikal progenitör hücrelerde bulunur. Özellikle, TKTL1 seviyesi, ön lobun progenitör hücrelerinde en yüksektir.

Modern insan TKTL1’i, ancak Neandertal TKTL1’i değil, embriyonik fare neokorteksinde daha fazla nörona yol açar

Çalışmanın baş yazarı ve Wieland Huttner grubundaki araştırmacı olan Anneline Pinson, neokorteks gelişimi için bu tek amino asit değişikliğinin önemini araştırmaya başladı. Anneline ve meslektaşları, fare embriyolarının neokorteksine ya modern insan ya da TKTL1’in Neandertal varyantını tanıttı.

Daha büyük bir beyin için itici güç olduğu düşünülen neokortikal progenitörlerin türü olan bazal radyal glial hücrelerin, TKTL1’in modern insan varyantı ile arttığını, ancak Neandertal varyantı ile artmadığını gözlemlediler.

Sonuç olarak, modern insan TKTL1’ine sahip fare embriyolarının beyinleri daha fazla nöron içeriyordu.

Modern insanın ön lobunda daha fazla nöron

Bundan sonra, araştırmacılar bu etkilerin insan beyni gelişimi için uygunluğunu araştırdı. Bu amaçla, modern insan TKTL1’indeki arginini, Neandertal TKTL1’in lizin karakteristiğiyle değiştirdiler; insan beyni organoidleri – laboratuvardaki hücre kültürü kaplarında insan kök hücrelerinden büyütülebilen minyatür organ benzeri yapılar. erken insan beyni gelişimi.

Bu bir nöron gösterir
Beyin gelişimi sırasında nöronlar üreten bir progenitör hücre tipi olan bölünen bir bazal radyal glial hücrenin mikroskopi resmi. Modern insan TKTL1’i, ancak Neandertal TKTL1’i değil, bazal radyal glia ve nöron bolluğunu arttırır. Kredi: Pinson ve diğerleri, Science 2022 / MPI-CBG

Anneline Pinson, “TKTL1’deki Neandertal tipi amino asitle, modern insan tipine göre daha az bazal radyal glial hücre üretildiğini ve bunun sonucunda da daha az nöron olduğunu bulduk” diyor.

“Bu bize, Neandertal beyninin kaç nörona sahip olduğunu bilmesek de, modern insanların beynin ön lobunda, TKTL1 aktivitesinin en yüksek olduğu yerde, Neandertallerden daha fazla nörona sahip olduğunu varsayabileceğimizi gösteriyor.”

Araştırmacılar ayrıca modern insan TKTL1’inin metabolizmadaki değişiklikler, özellikle pentoz fosfat yolunun uyarılması ve ardından artan yağ asidi sentezi yoluyla etki ettiğini buldular.

Ayrıca bakınız

Bu bir beyin gösterir

Bu şekilde, modern insan TKTL1’inin, proliferasyonlarını uyaran uzun bazal radyal glial hücreler sürecini oluşturmak için gereken belirli membran lipidlerinin sentezini arttırdığı ve dolayısıyla nöron üretimini arttırdığı düşünülmektedir.

Çalışmayı yöneten Wieland Huttner, “Bu çalışma, fetal gelişim sırasında neokorteksteki nöronların üretiminin modern insanlarda Neandertallerde, özellikle de ön lobda olduğundan daha fazla olduğunu ima ediyor” diye özetliyor. “Bunun, frontal lob ile ilişkili modern insan bilişsel yeteneklerini geliştirdiğini düşünmek cazip geliyor.”

Bu sinirbilim ve evrim araştırması haberleri hakkında

Soyut

İnsan TKTL1, modern insanın frontal neokorteksinde Neandertallerden daha fazla nörojenez anlamına gelir

Neandertal beyinleri, modern insanınkiyle aynı boyuttaydı. Neokorteks gelişimi sırasında nörojenezdeki potansiyel farklılıkları araştırmaya çalıştık.

Modern insan transketolaz benzeri 1 (TKTL1), Neandertal TKTL1’den lizin-arginin amino asit ikamesi ile farklıdır. Fare ve yaban gelinciği neokorteksinin geliştirilmesinde aşırı ekspresyonu, fetal insan neokortikal dokusunda nakavt ve genomu düzenlenmiş serebral organoidleri kullanarak, modern insan varyantı hTKTL1’in, Neandertal varyantının değil, bazal radyal glia (bRG) bolluğunu arttırdığını bulduk. ara progenitörlerin (bIP’ler) değil.

bRG, bIP’lerden daha fazla neokortikal nöron üretir. hTKTL1 etkisi, pentoz fosfat yolunu ve yağ asidi sentezini gerektirir. Bu metabolik yolların inhibisyonu, fetal insan neokortikal dokusunda bRG bolluğunu azaltır.

Verilerimiz modern insanlarda neokortikal nörojenezin Neandertallerdekinden farklı olduğunu gösteriyor.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/human-neuron-neanderthal-21380/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu