'Mutirani tvoji' osvjetljavaju evoluciju ljudskog mozga
Dok su istraživali razvoj ljudskog mozga pomoću mutantnog modela tvornice, znanstvenici su slučajno naletjeli na tragove o evoluciji naših prevelikih mozgova.
Ljudi su blagoslovljeni relativno velikim mozgom. I, tijekom posljednjih 7 milijuna godina - kratak vremenski raspon u evolucijskom smislu - veličina našeg mozga utrostručila se.
Korteks mozga, povijeni i presavijeni vanjski sloj, osobito je takav kod ljudi. Točno zašto i kako su se naši mozgovi toliko pomamili, poanta je mnogih rasprava i dokaza je trenutno malo.
Pronalaženje tragova o genetskim i biološkim pomacima koji su se dogodili prije milijuna godina slično je traženju igle u plastu sijena s druge strane svemira. Međutim, svako toliko se lady Serendipity nasmiješi znanstvenicima.
Nedavno su istraživači iz niza institucija, uključujući Medicinski institut Howard Hughes u Chevy Chaseu, MD, Sveučilište Yale u New Havenu, CT i Dječja bolnica Boston u Massachusettsu, proveli niz studija promatrajući mikrocefaliju.
Njihova su proučavanja bila plodna i produbila su naše razumijevanje mikrocefalije, ali također su nas približili onoj igli u dalekom stogu sijena. Njihova su otkrića nedavno objavljena u časopisu Priroda.
"Obučen sam za neurologa i proučavam djecu s razvojnim bolestima mozga", objašnjava dr. Christopher Walsh iz dječje bolnice u Bostonu. "Nikad nisam mislio da ću zaviriti u evolucijsku povijest čovječanstva."
Kako istražiti mikrocefaliju
Bebe s mikrocefalijom imaju puno manju glavu od normalne, a moždana kora im nije pravilno oblikovana. Ovo je stanje često genetsko, iako je nedavno povezano i s virusom Zika.
Kako i zašto se kora ne stvara pravilno, nije potpuno razumljivo. Jedan od razloga zašto je istraživanje ove teme tako nezgodno jest nedostatak dobrog modela; model miša se najčešće koristi, ali nije prikladan za svrhu.
Mozak miša je, kao što biste mogli očekivati, sićušan. Također, miševi ne uživaju u istom raznolikom izboru moždanih stanica kao i ljudi, a njihova je kora mnogo glađa.
Gen koji je najčešće uključen u mikrocefaliju je onaj koji kodira protein poznat kao Aspm. Kad ovaj gen mutira, čovjekov mozak bit će približno upola normalne veličine.
Međutim, kod miševa bez gena - nazvanih Aspm knockout miševi - mozak im se smanjuje za samo desetinu. Ova jedva uočljiva promjena malo koristi znanstvenicima.
U potrazi za boljim modelom mikrocefalije, istraživači - koje su vodili dr. Walsh i Byoung-Il Bae sa sveučilišta Yale - okrenuli su se tvorima.
U početku se ovo može činiti neobičnim izborom životinje, ali ima smisla; tvorovi su veći i imaju složenu koru s istim rasponom tipova stanica kao i ljudi. Također se poput miševa brzo i slobodno razmnožavaju.
Kao što objašnjava dr. Walsh, "Na prvi pogled, tvoji se mogu činiti smiješnim izborom, ali oni su važan model za razvoj mozga već 30 godina."
Iako su se tvor prije pokazali korisnima, malo se zna o genetici tvora, pa bi stvaranje nokaut verzije Aspm životinje bio izazov. Dr. Walsh, međutim, nije bio suzdržan; osigurao je financiranje i primio se posla.
Aspm nokautni tvorac tek je drugi nokautni tvor koji je čovječanstvo ikad stvorilo.
Očekivano, mozak nokautnih belih tvora bio je i do 40 posto manji od normalnog, što ga je puno približilo ljudskoj verziji mikrocefalije. Kao i kod ljudske mikrocefalije, debljina korteksa je nepromijenjena.
Trag evoluciji mozga
Osim dizajniranja novog i korisnog modela za ljudsku mikrocefaliju, znanstvenici su umočili i prste u puno rješiviji problem: kako smo razvili tako veliki mozak?
Istražili su kako je gubitak Apsma utjecao na mozak feretki na način na koji je to učinio. Defekti su praćeni unatrag do promjena u načinu ponašanja radijalnih glija stanica.
Radijalne glijalne stanice razvijaju se iz neuroepitelnih stanica, koje su matične stanice živčanog sustava. Oni se mogu razviti u niz različitih vrsta stanica u kori.
Počevši u blizini moždanih komora u razvoju, radijalne glija stanice se kreću prema korteksu koji formira. Kako se ove stanice udaljavaju od početne točke, polako gube sposobnost razvijanja u različite vrste moždanih stanica.
Tim je otkrio da je nedostatak Apsm uzrokovao da se radijalne glija stanice lakše odvajaju od komora i rano započinju s migracijom.
Jednom kada je vrijeme isključeno, omjer radijalnih glija stanica i ostalih vrsta stanica smanjio se, što je rezultiralo manjim brojem živčanih stanica u kori. Apsm djeluje kao regulator, birajući gore ili dolje ukupan broj kortikalnih neurona. I ovdje leži trag evoluciji ljudskog mozga.
"Priroda je morala riješiti problem promjene veličine ljudskog mozga, a da nije cijelu stvar trebala redizajnirati."
Byoung-Il Bae
Apsm na taj način mijenja razvoj mozga utječući na funkciju centriola ili staničnih struktura uključenih u diobu stanica. Bez Apsma, centrioli ne rade svoj posao kako treba.
Nedavno je nekoliko gena koji sudjeluju u regulaciji proteina centriola, uključujući Apsm, pretrpjelo evolucijske promjene. Doktor Walsh vjeruje da nas možda ovi geni razlikuju od šimpanza ili naših dalekih rođaka Neandertalaca.
"To retrospektivno ima smisla", kaže dr. Walsh. "Geni koji su nam sastavili mozak tijekom razvoja morali su biti geni koje je evolucija doradila kako bi naš mozak bio veći."
Izmjenom ovog jednog gena može se izmijeniti migracija radijalnih glija stanica i kora može rasti veća. Ova istraživanja pružaju novi model mikrocefalije i novi uvid u podrijetlo našeg ispupčenog mozga.
