streszczenie: Badacze dokonali ważnego odkrycia w badaniu rozwoju ludzkiego mózgu, identyfikując epiregulinę jako kluczowy czynnik ekspansji ludzkiej kory nowej. Porównując rozwój mózgu myszy i ludzi oraz wykorzystując trójwymiarowe organoidy mózgowe, zespół odkrył, że epiregulina sprzyja podziałowi i ekspansji komórek macierzystych, co ma kluczowe znaczenie dla rozwoju kory nowej.
Badanie to, w którym wykorzystano najnowocześniejszą technologię hodowli 3D, sugeruje, że to ilość epireguliny, a nie jej obecność lub brak, odróżnia rozwój mózgu ludzkiego od rozwoju innych gatunków, w tym naczelnych, takich jak goryle. Badania dostarczają nowych informacji na temat tego, co czyni ludzki mózg wyjątkowym i podkreślają wartość innowacyjnych metodologii w zrozumieniu złożonych procesów ewolucyjnych.
Kluczowe fakty:
- Rola epireguliny w rozwoju mózgu: Epiregulina sprzyja ekspansji komórek macierzystych w rozwijającym się mózgu, przyczyniając się do złożoności i wielkości ludzkiej kory nowej.
- Organoidy mózgowe 3D jako narzędzie badawcze: W badaniu wykorzystano trójwymiarowe organoidy mózgowe do naśladowania rozwoju ludzkiego mózgu, co umożliwiło głębokie zanurzenie się w mechanice komórkowej bez stosowania metod inwazyjnych.
- Ilość ponad istnienie: Badania sugerują, że ludzie i inne naczelne, w tym goryle, posiadają gen epireguliny, ale poziom jego ekspresji u ludzi jest kluczowy dla rozwoju naszej kory nowej.
źródło: Rozwijać
Co czyni nas ludźmi? Według neurobiologów jest to nasza kora nowa. Ta zewnętrzna warstwa mózgu jest bogata w neurony i pozwala nam myśleć abstrakcyjnie, tworzyć sztukę i mówić złożonymi językami.
Międzynarodowy zespół kierowany przez dr Marike Albert z Centrum Terapii Regeneracyjnych w Dreźnie (CRTD) Uniwersytetu Technologicznego TUD w Dreźnie zidentyfikował nowy czynnik, który mógł przyczynić się do ekspansji kory nowej u ludzi.
Wyniki opublikowano w Magazyn Embu.
Kora nowa to charakterystyczna złożona zewnętrzna warstwa mózgu przypominająca orzech włoski. Odpowiada za wyższe funkcje poznawcze, takie jak myślenie abstrakcyjne, sztuka i język.
„Kora nowa to ostatnio rozwinięta część mózgu” – mówi dr Marek Albert, kierownik grupy badawczej w CRTD.
„Wszystkie ssaki mają korę nową, ale różnią się one wielkością i złożonością. Kora nowa ludzi i naczelnych ma fałdy, podczas gdy na przykład myszy mają całkowicie gładką korę nową, bez żadnych zmarszczek.
Charakterystyczne fałdy ludzkiego mózgu zwiększają powierzchnię kory nowej. Ludzka kora nowa zawiera większą liczbę neuronów obsługujących złożone funkcje poznawcze.
Mechanizmy molekularne napędzające rozwój kory nowej pozostają w dużej mierze nieznane. „Jakie geny są odpowiedzialne za różnice między gatunkami w wielkości kory nowej? Jakie czynniki przyczyniły się do ekspansji ludzkiego mózgu? Odpowiedź na te pytania ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia ewolucji ludzkiego mózgu i leczenia potencjalnych zaburzeń zdrowia psychicznego” – wyjaśnia dr Alpert.
Siła organoidów mózgowych
Aby znaleźć czynniki wpływające na rozwój mózgu, grupa Alberta porównała rozwój mózgów myszy i ludzi.
„Komórki macierzyste u myszy nie dzielą się tak bardzo i nie wytwarzają tak wielu neuronów jak u naczelnych. Z drugiej strony, ludzie mają dużą liczbę komórek macierzystych w rozwijającym się mózgu. Ta szeroka pula komórek macierzystych leży u podstaw wzrost liczby komórek macierzystych” – wyjaśnia dr Albert. Neuronauka i wielkość mózgu.
Zespół znalazł czynnik występujący u ludzi, ale nie u myszy. Korzystając z technologii hodowli komórkowej 3D, zespół zbadał, czy nowo zidentyfikowany czynnik może wpływać na ekspansję kory nowej.
„Dzięki badaniom, które w 2012 r. zdobyły Nagrodę Nobla, możliwe stało się przekształcenie dowolnej komórki w komórkę macierzystą. Tę komórkę macierzystą można następnie przekształcić w tkankę 3D przypominającą organ, taki jak mózg. Dr Albert wyjaśnia, że ludzkie komórki macierzyste umożliwiają badanie rozwoju i chorób bezpośrednio w tkance ludzkiej.
Te trójwymiarowe kultury mózgu, czyli organoidy mózgowe, mogą dla niewprawnego oka nie przypominać mózgu, ale naśladują złożoność komórkową rozwijającego się mózgu. „Większość typów komórek występuje w rozwijającym się mózgu. Oddziałują ze sobą, wysyłają sygnały i są ułożone podobnie jak w prawdziwym ludzkim mózgu” – mówi dr Albert.
Korzystając z trójwymiarowych organoidów mózgowych, grupie udało się wykazać, że czynnik wzrostu, znany jako epiregulina, w rzeczywistości sprzyja podziałowi i ekspansji komórek macierzystych w rozwijającym się mózgu.
Wszystko zależy od kwoty
„Wiedząc, że epiregulina stymuluje ekspansję ludzkich komórek macierzystych kory nowej, przyjrzeliśmy się genowi kodującemu epiregulinę i próbowaliśmy prześledzić go w drzewie ewolucyjnym” – mówi główna autorka badania Paula Cubillos, doktorantka w CRTD. Gen nie ogranicza się do ludzi, ale występuje także u innych naczelnych, a nawet myszy.
„Jednak epiregulina nie jest wytwarzana w rozwijającym się mózgu myszy, ponieważ gen jest trwale wyłączony i nie jest używany. Interesowało nas zrozumienie, czy istnieją jakieś różnice w działaniu epireguliny u ludzi i innych naczelnych.”
Naukowcy po raz kolejny zwrócili się w stronę technologii kultury 3D. Wykorzystując komórki macierzyste goryla, badacze wytworzyli organoidy mózgu goryla. „Goryle to gatunek zagrożony. Niewiele wiemy o rozwoju ich mózgu. Organoidy wykonane z komórek macierzystych umożliwiają badanie rozwoju ich mózgu bez jakiejkolwiek interakcji z gatunkiem” – mówi dr Albert.
Porównując wpływ epireguliny na organoidy mózgu człowieka i goryla, zespół odkrył, że dodanie epireguliny do organoidów mózgu goryla może nasilać ekspansję komórek macierzystych. Jednak dodanie większej ilości epireguliny do organoidów ludzkiego mózgu nie dało takiego samego efektu. Może to wynikać z faktu, że ludzka kora nowa rozszerzyła się już w bardzo dużym stopniu.
„W przeciwieństwie do wcześniej zidentyfikowanych czynników, epiregulina sama w sobie nie wydaje się być charakterystyczna tylko dla ludzi. Zamiast tego ilość czynnika wzrostu wydaje się być krytycznym regulatorem różnic gatunkowych.”
Badanie to nie tylko pogłębia naszą wiedzę na temat wyjątkowości człowieka, ale także podkreśla znaczenie nowych technologii, które stanowią etyczne i nieinwazyjne uzupełnienie badań na zwierzętach.
Badanie przeprowadzono we współpracy z King's College w Londynie, Szkołą Medyczną im. Carla Gustava Carusa na Uniwersytecie Technicznym w Dreźnie, Instytutem Biologii Molekularnej i Genetyki Komórki im. Maxa Plancka oraz Szkołą Medyczną w Hanowerze.
O badaniach neurologicznych i wiadomościach o ewolucji
autor: Magdalena Gonciarz
źródło: Rozwijać
Komunikacja:Magdalena Gonciarz – TUD
zdjęcie: Zdjęcie przypisane Neuroscience News
Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„Czynnik wzrostu EPIREGULIN promuje podstawową proliferację komórek progenitorowych w rozwijającej się korze nowej„Przez Marieke Albert i in. Magazyn Embu
podsumowanie
Czynnik wzrostu EPIREGULIN promuje podstawową proliferację komórek progenitorowych w rozwijającej się korze nowej
Ekspansja kory nowej podczas rozwoju wiąże się z większą liczbą neuronów, co uważa się za wynik zwiększonej zdolności proliferacyjnej i potencjału neuroprotekcyjnego podstawowych komórek progenitorowych podczas rozwoju.
Tutaj to pokazujemy Erg, który koduje czynnik wzrostu EPIREGULINĘ, ulega ekspresji w rozwijającej się ludzkiej korze nowej i organoidach mózgowych goryli, ale nie w korze nowej myszy. Dodanie epireguliny do kory nowej myszy zwiększa proliferację podstawowych komórek progenitorowych, natomiast Erg Ablacja w ludzkich narządach korowych zmniejsza proliferację w strefie podkomorowej.
Leczenie organoidów korowych za pomocą epireguliny sprzyja zwiększonej proliferacji goryli, ale nie ludzkich podstawowych komórek progenitorowych. EPIREGULINA konkuruje z naskórkowym czynnikiem wzrostu (EGF) w promowaniu proliferacji, a hamowanie receptora EGF znosi pośredniczony przez EPIREGULINĘ wzrost podstawowych komórek progenitorowych.
Na koniec identyfikujemy domniemane elementy cis-regulacyjne, które mogą przyczyniać się do obserwowanych różnic między gatunkami Erg wyrazić.
Nasze odkrycia sugerują, że specyficzna gatunkowo regulacja ekspresji EPIREGULINY może przyczyniać się do zwiększenia rozmiaru kory nowej naczelnych poprzez dostarczanie przestrajalnego sygnału proproliferacyjnego do podstawowych komórek progenitorowych w strefie podkomorowej.
„Amatorski przedsiębiorca. Profesjonalny ekspert od internetu. Człowiek zombie. Nieuleczalny badacz popkultury”.