A „mutáns görények” rávilágítanak az emberi agy evolúciójára
Miközben az emberi agy fejlődését mutáns görény modell segítségével kutatták, a tudósok véletlenül rábukkantak a túlméretezett agyunk evolúciójára vonatkozó nyomokra.
Az embereket viszonylag nagy aggyal áldják meg. És az elmúlt 7 millió évben - evolúciós értelemben rövid időtartam alatt - agyunk mérete megháromszorozódott.
Az agykéreg, a tekervényes és hajtogatott külső réteg, különösen az embereknél. Az, hogy miért és hogyan vált agyunk ilyen átkozottá, sok vita tárgyát képezi, és jelenleg kevés a bizonyíték.
A több millió évvel ezelőtt bekövetkezett genetikai és biológiai elmozdulások nyomainak megtalálása hasonló ahhoz, hogy tűt keressen a világegyetem másik oldalán lévő szénakazalban. Lady Serendipity azonban olyan gyakran mosolyog a tudósokra.
A közelmúltban számos intézmény kutatói, köztük a Chevy Chase-i Howard Hughes Orvostudományi Intézet, a CT New York-i Yale Egyetem és a Massachusetts-i Bostoni Gyermekkórház egy sor vizsgálatot végeztek a mikrokefália vizsgálatával.
Tanulmányaik eredményesek voltak, és tovább mélyítették a mikrokefália megértését, de közelebb kerültek ahhoz a tűhöz is a távoli szénakazalban. Megállapításaik nemrégiben megjelentek a folyóiratban Természet.
"Ideggyógyászként vagyok kiképezve, és agyi fejlődési betegségekkel küzdő gyerekeket tanulmányozok" - magyarázza Dr. Christopher Walsh, a Bostoni Gyermekkórházból. "Soha nem gondoltam volna, hogy bepillantok az emberiség evolúciós történetébe."
Hogyan kutassuk a mikrocefáliát
A mikrocefáliás csecsemők feje a normálnál jóval kisebb, agykérgük nem megfelelően formálódik. Ez az állapot gyakran genetikai jellegű, bár a közelmúltban a Zika vírushoz is kapcsolódik.
Az, hogy a kéreg hogyan és miért nem formálódik megfelelően, nem teljesen tisztázott. Az egyik ok, amiért a téma feltárása ilyen trükkös, a jó modell hiánya; leggyakrabban egérmodellt használnak, de nem alkalmas a célra.
Az egér agya, amire számíthat, apró. Ezenkívül az egerek nem élvezik ugyanolyan sokféle agysejt választékot, mint az emberek, és kérgük sokkal simább.
A mikrocefáliában leggyakrabban szerepet játszó gén az, amely Aspm néven ismert fehérjét kódol. Amikor ez a gén mutálódik, az emberi agy körülbelül a fele lesz a normál méretűnek.
Azonban a gén nélküli egerekben - úgynevezett Aspm knockout egerekben - az agyuk csak egytizedével zsugorodik. Ez az alig észlelhető változás kevéssé használható a tudósok számára.
A mikrokefália jobb modelljének vadászatakor a kutatók - akiket Dr. Walsh és Byoung-Il Bae, a Yale Egyetem vezetett - görényekhez fordultak.
Ez elsőre furcsa állatválasztásnak tűnhet, de jó értelme van; a görények nagyobbak és komplex kéregűek, ugyanolyan sejttípussal, mint az emberek. Az egerekhez hasonlóan gyorsan és szabadon szaporodnak.
Ahogy Dr. Walsh kifejti: "A görények vicces választásnak tűnhetnek, de 30 éve fontos modelljei az agy fejlődésének."
Bár a görények korábban hasznosnak bizonyultak, a görény genetikájáról keveset tudni, ezért az állat Aspm knockout verziójának létrehozása kihívást jelentene. Dr. Walsh azonban nem volt elriasztva; finanszírozást szerzett és dolgozni kezdett.
Az Aspm knockout görény csak a második knockout görény, amelyet az emberiség valaha létrehozott.
A várakozásoknak megfelelően az Aspm knockout görények agya a normálistól számítva akár 40 százalékkal is kisebb volt, így sokkal közelebb került a mikrokefália emberi változatához. És mint az emberi mikrocefália esetében, a kérgi vastagsága sem változott.
Tipp az agy evolúciójára
Az emberi mikrokefália új és hasznos modelljének megtervezésén kívül a tudósok is sokkal nehezebben megoldható problémába merítették a lábujjaikat: hogyan fejlődtünk ilyen nagy agyakat?
Megvizsgálták, hogy az Apsm elvesztése hogyan hatott a görények agyára, ahogy az. A hibákat a radiális gliasejtek viselkedésének megváltozására vezetik vissza.
A radiális gliasejtek neuroepithelialis sejtekből fejlődnek ki, amelyek az idegrendszer őssejtjei. Ezek képesek a kéreg számos különféle sejttípusává fejlődni.
A fejlődő agykamrák közelében indulva a radiális gliasejtek a kialakuló kéreg felé mozognak. Amint ezek a sejtek távolabb kerülnek a kiindulási ponttól, lassan elveszítik képességüket, hogy különböző típusú agysejtekké fejlődjenek.
A csapat megállapította, hogy az Apsm hiánya miatt a radiális gliasejtek könnyebben leváltak a kamrákról, és korán megkezdték vándorlásukat.
Az időzítés kikapcsolása után a radiális gliasejtek és más sejttípusok aránya torzított, ami kevesebb idegsejtet eredményezett a kéregben. Apsm szabályozóként működik, felfelé vagy lefelé tárcsázza a kérgi neuronok teljes számát. És itt rejlik a nyom az emberi agy evolúciójához.
"A természetnek meg kellett oldania az emberi agy méretének megváltoztatásának problémáját anélkül, hogy újra kellett volna terveznie az egészet."
Byoung-Il Bae
Az Apsm ily módon megváltoztatja az agy fejlődését azáltal, hogy befolyásolja a sejt osztódásában részt vevő centriolák vagy sejtstruktúrák működését. Apsm nélkül a centriolák nem látják el megfelelően a dolgukat.
A közelmúltban néhány, a centriol fehérjék szabályozásában részt vevő gén, köztük az Apsm, evolúciós változásokon ment keresztül. Dr. Walsh úgy véli, hogy éppen ezek a gének különböztetnek meg minket a csimpánzoktól, vagy távoli unokatestvéreink, a neandervölgyiek.
"Ennek utólag van értelme" - mondja Dr. Walsh. "Azok a gének, amelyek az agyunkat a fejlődés során összerakták, biztosan azok a gének voltak, amelyeket az evolúció megcélzott, hogy az agyunk nagyobb legyen."
Ennek az egy génnek a megváltoztatásával megváltoztatható a radiális gliasejtek vándorlása, és a kéreg nagyobbá válhat. Ezek a tanulmányok egy új modellt nyújtanak a mikrokefáliához és új betekintést nyújtanak kidudorodó agyunk eredetébe.
