„Mutantiniai šeškai“ nušviečia žmogaus smegenų evoliuciją
Tyrinėdami žmogaus smegenų vystymąsi naudodamiesi mutantinio šeško modeliu, mokslininkai netyčia užklupo užuominas apie mūsų per didelių smegenų evoliuciją.
Žmonės palaiminti gana didelėmis smegenimis. Ir per pastaruosius 7 milijonus metų - trumpą laiko tarpą evoliuciniu požiūriu - mūsų smegenų dydis patrigubėjo.
Smegenų žievė, susisukęs ir sulankstytas išorinis sluoksnis, ypač būdingas žmonėms. Kodėl ir kaip mūsų smegenys tapo tokios įmantrios, yra daug diskusijų ir įrodymų šiuo metu nėra.
Rasti užuominų apie genetinius ir biologinius poslinkius, įvykusius prieš milijonus metų, yra panašu į adatos paiešką šieno kupetoje kitoje visatos pusėje. Tačiau taip dažnai Lady Serendipity šypsosi mokslininkams.
Neseniai mokslininkai iš daugelio institucijų, įskaitant Howardo Hugheso medicinos institutą Chevy Chase, MD, Jeilio universitetą Naujajame Havene, KT, ir Bostono vaikų ligoninę Masačusetse, atliko daugybę tyrimų, kuriuose nagrinėjama mikrocefalija.
Jų tyrimai buvo vaisingi ir padėjo mums geriau suprasti mikrocefaliją, tačiau jie taip pat buvo arčiau tos adatos tolimame šieno kupetoje. Jų išvados neseniai buvo paskelbtos žurnale Gamta.
"Aš esu apmokytas kaip neurologas ir tyrinėju vaikus, sergančius vystymosi smegenų ligomis", - paaiškina dr. Christopheris Walshas iš Bostono vaikų ligoninės. "Niekada nemaniau, kad žvilgtelėsiu į žmonijos evoliucijos istoriją".
Kaip tirti mikrocefaliją
Kūdikių, sergančių mikrocefalija, galva yra daug mažesnė nei įprasta, jų smegenų žievė nėra tinkamai suformuota. Ši būklė dažnai yra genetinė, nors pastaruoju metu ji taip pat buvo susijusi su Zika virusu.
Kaip ir kodėl žievė nesusiformuoja tinkamai, nėra iki galo suprantama. Viena iš priežasčių, kodėl nagrinėti šią temą yra taip keblu, yra gero modelio trūkumas; dažniausiai naudojamas pelės modelis, tačiau jis netinka paskirčiai.
Pelės smegenys, kaip ir galima tikėtis, yra mažytės. Be to, pelėms nepatinka tas pats įvairus smegenų ląstelių pasirinkimas, kaip ir žmonėms, o jų žievė yra daug sklandesnė.
Genas, dažniausiai susijęs su mikrocefalija, yra tas, kuris koduoja baltymą, žinomą kaip Aspm. Kai šis genas bus mutuotas, žmogaus smegenys bus maždaug pusės normalaus dydžio.
Tačiau pelėms, neturinčioms geno, vadinamos Aspm nokautinėmis pelėmis, jų smegenys susitraukia vos dešimtadaliu. Šis vos pastebimas pokytis mokslininkams mažai naudingas.
Ieškodami geresnio mikrocefalijos modelio, mokslininkai, kuriems vadovavo Jeilio universiteto daktarai Walshas ir Byoungas-Il Bae, kreipėsi į šeškus.
Iš pradžių tai gali atrodyti keistas gyvūno pasirinkimas, tačiau tai yra prasminga; šeškai yra didesni ir turi sudėtingą žievę su tokiais pačiais ląstelių tipais kaip ir žmonės. Be to, kaip ir pelės, jos veisiasi greitai ir laisvai.
Kaip paaiškina daktaras Walshas, „šeškai gali atrodyti juokingas pasirinkimas, tačiau jie 30 metų buvo svarbus smegenų vystymosi modelis“.
Nors šeškai pasirodė esą naudingi anksčiau, apie šeškų genetiką žinoma nedaug, todėl sukurti gyvūno „Aspm“ versiją būtų sudėtinga. Tačiau daktaras Walshas nebuvo atbaidytas; jis užsitikrino finansavimą ir ėmėsi darbo.
Aspm nokautas šeškas yra tik antras nokautas šeškas, kurį žmonija kada nors sukūrė.
Kaip ir buvo tikėtasi, „Aspm“ nokautų šeškų smegenys buvo iki 40 procentų mažesnės nei įprastai, todėl tai daug labiau atitiko žmogaus mikrocefalijos versiją. Kaip ir žmogaus mikrocefalijos atveju, žievės storis nepakito.
Užuomina į smegenų evoliuciją
Be to, kad buvo sukurtas naujas ir naudingas žmogaus mikrocefalijos modelis, mokslininkai taip pat panardino pirštus į kur kas sunkiau išsprendžiamą problemą: kaip mes išvystėme tokias dideles smegenis?
Jie ištyrė, kaip Apsm praradimas paveikė šeškų smegenis taip, kaip tai padarė. Defektai buvo atsekti dėl radialinių glialąstelių elgsenos pokyčių.
Radialinės glijos ląstelės vystosi iš neuroepitelinių ląstelių, kurios yra nervų sistemos kamieninės ląstelės. Jie gali išsivystyti į daugybę skirtingų žievės ląstelių tipų.
Pradedant šalia besivystančių smegenų skilvelių, radialinės glijos ląstelės juda link formuojančios žievės. Kai šios ląstelės nutolsta toliau nuo savo pradinio taško, jos lėtai praranda gebėjimą išsivystyti į skirtingų tipų smegenų ląsteles.
Komanda nustatė, kad dėl Apsm trūkumo radialinės glialąstelės lengviau atsiskyrė nuo skilvelių ir anksti pradėjo jų migraciją.
Kai laikas buvo išjungtas, radialinių glialinių ląstelių ir kitų tipų ląstelių santykis pakrypo, todėl žievėje buvo mažiau nervinių ląstelių. Apsm veikia kaip reguliatorius, surenkantis aukštesnį arba mažesnį žievės neuronų skaičių. Ir čia slypi žmogaus smegenų evoliucijos užuomina.
"Gamta turėjo išspręsti žmogaus smegenų dydžio keitimo problemą, nereikėdama viso to iš naujo kurti."
Byoung-Il Bae
Apsm tokiu būdu pakeičia smegenų vystymąsi, paveikdamas centriolių arba ląstelių struktūrų, dalyvaujančių ląstelių dalijime, funkciją. Be „Apsm“ centriolės tinkamai neatlieka savo darbo.
Neseniai keli genai, susiję su centriolio baltymų reguliavimu, įskaitant Apsm, patyrė evoliucinius pokyčius. Daktaras Walshas mano, kad būtent šie genai skiria mus nuo šimpanzių ar tolimų pusbrolių neandertaliečių.
"Tai prasminga retrospektyviai", - sako dr. Walshas. "Genai, kurie sujungė mūsų smegenis vystymosi metu, turėjo būti genai, kuriuos evoliucija pakoregavo, kad mūsų smegenys būtų didesnės".
Keičiant šį vieną geną, gali būti pakeista radialinės glijos ląstelių migracija, o žievė gali išaugti. Šie tyrimai pateikia naują mikrocefalijos modelį ir naują įžvalgą apie mūsų išsipūtusių smegenų kilmę.
