„Dihorii mutanți” strălucesc o lumină asupra evoluției creierului uman
În timp ce explorează dezvoltarea creierului uman folosind un model de dihor mutant, oamenii de știință au dat accidental peste indicii cu privire la evoluția creierului nostru supradimensionat.
Oamenii sunt binecuvântați cu creiere relativ mari. Și, în ultimii 7 milioane de ani - o perioadă scurtă de timp în termeni evolutivi - dimensiunea creierului nostru s-a triplat.
Cortexul cerebral, stratul exterior complicat și pliat, este în mod special la om. Exact de ce și cum creierul nostru a devenit atât de îndrăgostit este un punct al multor dezbateri, iar dovezile sunt în prezent puține.
Găsirea unor indicii cu privire la schimbările genetice și biologice care au avut loc cu milioane de ani în urmă este similară cu căutarea unui ac într-un fân de cealaltă parte a universului. Cu toate acestea, Lady Serendipity zâmbește oamenilor de știință.
Recent, cercetătorii din mai multe instituții, inclusiv Institutul Medical Howard Hughes din Chevy Chase, MD, Universitatea Yale din New Haven, CT și Spitalul de Copii din Boston din Massachusetts, au efectuat o serie de studii privind microcefalia.
Studiile lor au fost fructuoase și ne-au îmbunătățit înțelegerea microcefaliei, dar ne-au apropiat și de acul din fânul îndepărtat. Descoperirile lor au fost publicate recent în jurnal Natură.
„Sunt pregătit ca neurolog și studiez copiii cu boli ale creierului în dezvoltare”, explică dr. Christopher Walsh, de la Boston Children's Hospital. „Nu m-am gândit niciodată că voi analiza istoria evoluției omenirii”.
Cum se cercetează microcefalia
Bebelușii cu microcefalie au capul mult mai mic decât în mod normal, iar cortexul lor cerebral nu este format corect. Această afecțiune este adesea genetică, deși recent a fost legată și de virusul Zika.
Cum și de ce cortexul nu se formează corect nu este pe deplin înțeles. Un motiv pentru care explorarea acestui subiect este atât de complicată este lipsa unui model bun; se folosește cel mai des un model de mouse, dar nu este adecvat scopului.
Creierul șoarecelui este, așa cum v-ați putea aștepta, minuscul. De asemenea, șoarecii nu se bucură de aceeași selecție diversă de celule cerebrale ca oamenii, iar cortexul lor este mult mai neted.
Gena cel mai frecvent implicată în microcefalie este una care codifică o proteină cunoscută sub numele de Aspm. Când această genă este mutată, creierul unui om va avea aproximativ jumătate din dimensiunea normală.
Cu toate acestea, la șoarecii fără genă - numiți șoareci knockout Aspm - creierul lor se micșorează cu doar o zecime. Această schimbare abia detectabilă este de puțin folos pentru oamenii de știință.
În căutarea unui model mai bun de microcefalie, cercetătorii - conduși de Dr. Walsh și Byoung-Il Bae, de la Universitatea Yale - s-au orientat spre dihori.
Acest lucru ar putea, la început, să pară o alegere ciudată de animal, dar are un bun sens; dihorii sunt mai mari și au un cortex complex cu aceeași gamă de tipuri de celule ca și oamenii. De asemenea, la fel ca șoarecii, se reproduc rapid și liber.
Așa cum explică dr. Walsh, „Pe față, dihorii pot părea o alegere amuzantă, dar au fost un model important pentru dezvoltarea creierului de 30 de ani”.
Deși dihorii s-au dovedit utile anterior, se știe puțin despre genetica dihorilor, astfel încât crearea unei versiuni eliminabile Aspm a animalului ar fi o provocare. Dr. Walsh, însă, nu a fost descurajat; a asigurat finanțare și a început să lucreze.
Dihorul knockout Aspm este doar al doilea dihor knockout pe care omenirea l-a creat vreodată.
Așa cum era de așteptat, creierul dihorilor Aspm a fost cu până la 40% mai mic decât în mod normal, aducându-l mult mai aproape de versiunea umană a microcefaliei. Și, ca și în cazul microcefaliei umane, grosimea corticală a fost neschimbată.
Un indiciu pentru evoluția creierului
În afară de proiectarea unui model nou și util pentru microcefalia umană, oamenii de știință și-au scufundat degetele de la picioare într-o problemă mult mai insolubilă: cum am evoluat creierele atât de mari?
Au investigat modul în care pierderea Apsm a afectat creierul dihorilor, așa cum a făcut-o. Defectele au fost urmărite înapoi la modificări în modul în care celulele gliale radiale s-au comportat.
Celulele gliale radiale se dezvoltă din celulele neuroepiteliale, care sunt celulele stem ale sistemului nervos. Acestea sunt capabile să se dezvolte într-un număr de tipuri de celule diferite în cortex.
Începând în apropierea ventriculilor cerebrali în curs de dezvoltare, celulele gliale radiale se deplasează spre cortexul care se formează. Pe măsură ce aceste celule se îndepărtează mai mult de punctul lor de plecare, își pierd încet capacitatea de a se dezvolta în diferite tipuri de celule ale creierului.
Echipa a descoperit că lipsa Apsm a determinat celulele gliale radiale să se detașeze mai ușor de ventricule și a început migrarea lor devreme.
Odată ce timpul a fost oprit, raportul dintre celulele gliale radiale și alte tipuri de celule a scăzut, rezultând mai puține celule nervoase în cortex. Apsm acționează ca un regulator, formând numărul total de neuroni corticali în sus sau în jos. Și, aici se află indiciul evoluției creierului uman.
„Natura a trebuit să rezolve problema schimbării dimensiunii creierului uman fără a fi nevoie să re-proiecteze totul”.
Byoung-Il Bae
Apsm modifică dezvoltarea creierului în acest mod prin influențarea funcției centriolilor sau a structurilor celulare implicate în diviziunea celulară. Fără Apsm, centriolii nu își fac treaba în mod corespunzător.
Recent, câteva gene implicate în reglarea proteinelor centriolului, inclusiv Apsm, au suferit modificări evolutive. Dr. Walsh consideră că aceste gene ne pot distinge de cimpanzei sau de verii noștri îndepărtați, de neanderthalieni.
„Are sens retrospectiv”, spune dr. Walsh. „Genele care ne-au pus creierul împreună în timpul dezvoltării trebuie să fi fost genele pe care evoluția le-a modificat pentru a ne crește creierul”.
Prin modificarea acestei gene, migrația celulelor gliale radiale poate fi modificată, iar cortexul poate crește. Aceste studii oferă un nou model pentru microcefalie și o nouă perspectivă asupra originii creierului nostru bombat.
