"Мутантні тхори" висвітлюють розвиток людського мозку
Досліджуючи розвиток людського мозку за допомогою мутантної моделі тхора, вчені випадково натрапили на підказки щодо еволюції нашого великого мозку.
Люди благословенні порівняно великими мізками. І за останні 7 мільйонів років - короткий проміжок часу в еволюційному вимірі - розмір нашого мозку потроївся.
Кора головного мозку, звивистий і складений зовнішній шар, особливо характерна для людей. Точно, чому і як наш мозок став таким похмурим, є предметом багатьох дискусій, і доказів в даний час небагато.
Пошук підказок щодо генетичних та біологічних зрушень, що відбулися мільйони років тому, схожий на пошук голки в копиці сіна на іншому боці Всесвіту. Проте леді Серендіпіті так часто посміхається вченим.
Нещодавно дослідники з ряду установ, включаючи Медичний інститут Говарда Х'юза в м. Чеві Чейз, доктор медичних наук Єльського університету в штаті Нью-Хейвен, штат Коннектикут, та Бостонську дитячу лікарню в штаті Массачусетс провели низку досліджень, присвячених мікроцефалії.
Їхні дослідження були плідними і сприяли нашому розумінню мікроцефалії, але вони також прищепили нас ближче до цієї голки в далекому копиці сіна. Їхні висновки нещодавно були опубліковані в журналі Природа.
"Я навчений неврологу і вивчаю дітей із захворюваннями мозку, що розвиваються", - пояснює доктор Крістофер Уолш із Бостонської дитячої лікарні. "Я ніколи не думав, що загляну в еволюційну історію людства".
Як дослідити мікроцефалію
Немовлята з мікроцефалією мають набагато меншу голову, ніж зазвичай, і кора їх головного мозку формується неправильно. Цей стан часто є генетичним, хоча останнім часом воно також пов’язується з вірусом Зіка.
Як і чому кора не утворюється належним чином, до кінця не з’ясовано. Однією з причин, чому вивчення цієї теми настільки складне, є відсутність хорошої моделі; найчастіше використовується модель миші, але вона не підходить за призначенням.
Мозок миші, як можна було очікувати, крихітний. Крім того, миші не користуються таким самим різноманітним вибором клітин мозку, як люди, і їх кора набагато гладша.
Ген, який найчастіше бере участь у мікроцефалії, - це ген, який кодує білок, відомий як Aspm. Коли цей ген мутується, мозок людини буде приблизно вдвічі менший за нормальний розмір.
Однак у мишей без гена - так званих нокаутованих мишей Aspm - їх мозок скорочується лише на одну десяту. Ця ледь помітна зміна мало корисна для вчених.
У пошуках кращої моделі мікроцефалії дослідники, яких очолювали доктор Уолш та Бьонг Іль Бае з Єльського університету, звернулися до тхорів.
Спочатку це може здатися дивним вибором тварини, але це має вагомий сенс; тхори більші і мають складну кору з таким самим діапазоном типів клітин, як і люди. Крім того, як і миші, вони розмножуються швидко і вільно.
Як пояснює доктор Уолш, "На перший погляд тхори можуть здатися забавним вибором, але вони були важливою моделлю розвитку мозку протягом 30 років".
Хоча тхори і раніше виявились корисними, про генетику тхорів відомо мало, тому створення версії тварини з нокаутом Aspm було б складним завданням. Однак доктора Уолша не було; він забезпечив фінансування і приступив до роботи.
Нокаут-тхір Aspm - це лише другий тхор-нокаут, який коли-небудь створювало людство.
Як і слід було очікувати, мозок нокауту у тхорів був на 40 відсотків меншим за норму, що набагато ближче відповідало людській версії мікроцефалії. І, як і у випадку з мікроцефалією людини, товщина кори не змінилася.
Підказка до еволюції мозку
Окрім розробки нової та корисної моделі мікроцефалії людини, вчені також занурили пальці в набагато більш нерозв'язну проблему: як ми розвинули такі великі мізки?
Вони досліджували, як втрата Apsm вплинула на мозок тхорів так само, як це зробила. Дефекти прослідковувались до змін у поведінці радіальних гліальних клітин.
Радіальні гліальні клітини розвиваються з нейроепітеліальних клітин, які є стовбуровими клітинами нервової системи. Вони здатні розвиватися в безліч різних типів клітин в корі.
Починаючи біля шлуночків мозку, що розвиваються, радіальні гліальні клітини рухаються у напрямку до утворюється корі. Оскільки ці клітини віддаляються від початкової точки, вони повільно втрачають здатність розвиватися в різні типи клітин мозку.
Команда виявила, що відсутність Apsm призвела до того, що радіальні гліальні клітини легше від'єднувались від шлуночків і рано розпочали свою міграцію.
Як тільки терміни були вимкнені, співвідношення радіальних гліальних клітин до інших типів клітин зменшилось, що призвело до зменшення кількості нервових клітин в корі. Apsm діє як регулятор, набираючи або зменшуючи загальну кількість нейронів кори. І в цьому полягає ключ до еволюції мозку людини.
"Природа повинна була вирішити проблему зміни розміру людського мозку без необхідності переробляти все це".
Бьонг Ір Бае
Апсм таким чином змінює розвиток мозку, впливаючи на функцію центріолей, або клітинних структур, що беруть участь у поділі клітин. Без Apsm центріолі не виконують свою роботу належним чином.
Нещодавно кілька генів, що беруть участь у регуляції білків центріолі, включаючи Apsm, зазнали еволюційних змін. Доктор Уолш вважає, що це можуть бути ці гени, які відрізняють нас від шимпанзе або наших далеких кузенів-неандертальців.
"Це має сенс у ретроспективі", - говорить доктор Уолш. "Гени, які об'єднали наш мозок у процесі розвитку, напевно, були тими генами, які еволюція змінила, щоб зробити наш мозок більшим".
Змінюючи цей один ген, міграція радіальних гліальних клітин може бути змінена, і кора може збільшуватися. Ці дослідження дають нову модель мікроцефалії та нове розуміння походження нашого опуклого мозку.
