Küçük Beyin Hücresi Lekeleri, Zihninizin Neandertallerden Nasıl Ayrıldığını Ortaya Çıkarabilir

Son yıllarda bilim adamları, beyin gibi görünen ve hareket eden yüz binlerce canlı insan nöronunun damlalarını nasıl büyüteceklerini buldular.

Bu sözde beyin organoidleri, beyinlerin nasıl katmanlara dönüştüğünü, kendiliğinden elektrik dalgalarını nasıl oluşturmaya başladıklarını ve hatta bu gelişmenin sıfır yerçekiminde nasıl değişebileceğini incelemek için kullanıldı. Şimdi araştırmacılar, evrimsel geçmişimizi keşfetmek için bu bezelye büyüklüğündeki kümeleri kullanıyorlar.

Perşembe günü yayınlanan bir çalışmada, bir grup bilim insanı, Neandertaller ve diğer eski kuzenlerimiz tarafından taşınan bir genin beyin organoidlerinin anatomisinde ve işlevinde çarpıcı değişiklikleri nasıl tetiklediğini anlatıyor.

Değişimler ne kadar dramatik olsa da bilim adamları, bu değişikliklerin modern insan beyninin evrimi için ne anlama geldiğini bilmek için çok erken olduğunu söylüyorlar. Yeni çalışmanın ortak yazarı ve California San Diego Üniversitesi’nde evrimsel antropolog olan Katerina Semendeferi, “Bu daha çok bir kavram kanıtı,” dedi.

Bulguların üzerine inşa etmek için, kendisi ve ortak yazarı Alysson Muotri, organoidleri incelemeye ve diğer eski genlerle yenilerini yapmaya odaklanan bir grup araştırmacı olan UC San Diego Archealization Center’ı kurdu. Dr. Semendeferi, “Artık bir başlangıcımız var ve keşfetmeye başlayabiliriz” dedi.

Dr. Muotri, on yıldan daha uzun bir süre önce beyin organoidleri ile çalışmaya başladı. Örneğin, Zika’nın doğum kusurlarını nasıl ürettiğini anlamak için, o ve meslektaşları, beyin organoidlerini virüsle enfekte etti ve bu da organoidlerin korteks benzeri katmanlarını geliştirmesini engelledi.

Diğer çalışmalarda araştırmacılar, genetik mutasyonların otizm gibi rahatsızlıkların ortaya çıkmasına nasıl yardımcı olduğunu incelediler. Gelişim bozukluğu olan gönüllülerden deri örneklerini dönüştürerek dokuyu kök hücrelere dönüştürdüler. Daha sonra bu kök hücreleri beyin organoidlerine dönüştürdüler. Zihinsel engellilik ve tekrarlayan el hareketleriyle sonuçlanan genetik bir bozukluk olan Rett Sendromlu insanlardan alınan organoidler, nöronlar arasında birkaç bağlantı geliştirdi.

Dr. Semendeferi, insan beyninin evrimini daha iyi anlamak için organoidler kullanıyor. Önceki çalışmalarında, o ve meslektaşları, maymunlarda serebral kortekste gelişen nöronların birbirine yakın kaldığını, insanlarda ise hücrelerin uzun mesafelerde sürünerek uzaklaşabildiğini keşfettiler. “Tamamen farklı bir organizasyon,” dedi.

Ancak bu karşılaştırmalar evrimsel dönemde büyük bir uçurum boyunca uzanıyor. Atalarımız şempanzelerden yaklaşık yedi milyon yıl önce ayrıldı. Bundan sonraki milyonlarca yıl boyunca, atalarımız iki ayaklı maymunlardı, yavaş yavaş daha büyük yüksekliklere ve beyinlere ulaştılar ve Neandertallere, Denisovanlara ve diğer homininlere dönüştüler.

Dr. Muotri’nin laboratuarında çok elektrotlu bir dizi çanak. Dr. Muotri, on yıldan fazla bir süredir organoidlerle çalışıyor. Kredi. . . The New York Times için Jenna Schoenefeld

Yol boyunca beynin evrimsel değişikliklerini izlemek zordu. Bizim soyumuz yaklaşık 600.000 yıl önceki Neandertal ve Denisovalılardan ayrıldı. Fosillerin gösterdiği o bölünmeden sonra beynimiz sonunda daha yuvarlak hale geldi. Ancak bunun içerideki 80 milyar nöron için ne anlama geldiğini bilmek zor.

Dr. Muotri ve Dr. Semendeferi, fosilleşmiş DNA üzerinde çalışan evrimsel biyologlarla işbirliği yaptı. Bu araştırmacılar, kemiklerinden genetik parçaları bir araya getirerek Neandertallerin tüm genomunu yeniden inşa edebildiler. Diğer fosiller, 400.000 yıl önce Neandertallerden ayrılan ve Asya’da binlerce nesil boyunca yaşayan Denisovanların genomlarını ortaya çıkardı.

Evrim biyologları, modern insanın evriminde çok önemli bir rol oynamış olabilecek 61 gen belirlediler. Bu genlerin her biri, türümüze özgü, son 600.000 yıl içinde ortaya çıkan ve muhtemelen bu genler tarafından kodlanan proteinler üzerinde büyük bir etkisi olan bir mutasyona sahiptir.

Dr. Muotri ve meslektaşları, bir geni uzak atalarımızın genomlarında olduğu gibi değiştirerek, bu mutasyonlardan birini çıkarıp beyin organoidine ne olacağını merak ettiler. Bir atadan kalma organoid ile sıradan bir organoid arasındaki fark, mutasyonun evrimimizi nasıl etkilediğine dair ipuçları sunabilir.

Ancak bilim adamlarının deneyi yerden kaldırması yıllar aldı. Kök hücrelerdeki genleri organoidlere dönüşmeye ikna etmeden önce tam olarak değiştirmenin bir yolunu bulmak için mücadele ettiler.

Başarılı bir yöntem bulduklarında, bir gen seçmeleri gerekiyordu. Bilim adamları, ilk deneyleri için organoide hiçbir şey yapmayacak bir gen seçebileceklerinden endişelendiler. Başarı şanslarını nasıl artıracaklarını düşündüler.

Dr. Muotri, “Analizimiz,” Diğer birçok geni değiştiren bir gen bulalım “dememizi sağladı” dedi.

Listedeki bir gen, bu açıdan özellikle umut verici görünüyordu: NOVA1, daha sonra bir dizi başka genden protein üretimine rehberlik eden bir protein yapıyor. Esas olarak sadece gelişen beyinde aktif olması onu daha çekici hale getirdi. Ve insanlarda NOVA1’de diğer omurgalılarda bulunmayan, yaşayan veya nesli tükenmiş bir mutasyon var.

Dr. Muotri’nin meslektaşı Cleber Trujillo, NOVA1 geninin atalarından kalma versiyonunu taşıyan bir grup organoid yetiştirdi. Sıradan bir beyin organoidinin yanına mikroskop altına yerleştirdikten sonra Dr. Muotri’yi bir göz atmaya davet etti.

Atadan kalma NOVA1 organoid, pürüzsüz bir küresel yüzey yerine engebeli bir patlamış mısır dokusuyla fark edilir derecede farklı bir görünüme sahipti. Dr. Muotri, “O noktada işler başladı,” diye hatırladı. “Tamam, bir şeyler yapıyor” dedim. ’”

Atasal organoidlerde farklı beyin hücresi türlerinin oranı da farklıydı. Atasal organoidlerdeki nöronlar, gelişimlerinde modern insanlardan birkaç hafta önce elektriksel aktivite artışları başlatmaya başladılar. Ancak elektrik artışlarının dalgalar halinde düzenlenmesi de daha uzun sürdü.

Diğer uzmanlar, tek bir genetik mutasyonun organoidler üzerinde bu kadar bariz etkileri olabileceğine şaşırdılar. Gözlemlenmesi zor olabilecek ince değişimler beklemişlerdi.

Almanya, Leipzig’deki Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü’nde araştırmaya dahil olmayan paleoantropolog Philipp Gunz, “Yazarlar, son derece zarif bir çalışma tasarımına dayanan samanlıkta iğne bulmuş gibi görünüyor” dedi.

Hollanda’daki Max Planck Psikodilbilim Enstitüsü’nün yöneticisi Simon Fisher, sonuçların sıkı çalışma ve biraz iyi şanslar karışımından gelmesi gerektiğini söyledi. “Bir dereceye kadar tesadüf olmalı,” dedi.

Araştırmacılar organoidlerdeki değişikliklerin evrimsel tarihimiz için ne anlama geldiğini bilmeseler de, Dr. Muotri, farklı beyin türlerinin mümkün kıldığı türden düşünme türleriyle bağlantılar olabileceğinden şüpheleniyor. Gerçek cevap, bilmiyorum, dedi. Ancak nörogelişimin çok erken aşamalarında gördüğümüz her şeyin, yaşamın ilerleyen dönemlerinde bir etkisi olabilir. ”

Yeni araştırma merkezinde Dr. Semendeferi, beyin organoidleri üzerinde dikkatli anatomik çalışmalar yapmayı ve bunları insan fetal beyinleriyle karşılaştırmayı planlıyor. Bu karşılaştırma, atadan kalma NOVA1 organoidinde görülen değişiklikleri anlamlandırmaya yardımcı olacaktır.

Ve Dr. Muotri’nin ekibi, Dr. Semendeferi’nin inceleyeceği daha fazla organoid oluşturmak için diğer 60 genin listesi üzerinde çalışıyor. Araştırmacıların ilk denemelerinde oldukları kadar şanslı olmamaları ve bazı genlerde pek bir fark görmemeleri mümkündür.

Dr. Muotri, “Ancak diğerleri NOVA1’e benzeyebilir ve yeni bir şeye işaret edebilir – bizim kim olduğumuza dönüşmemize yardımcı olan evrimsel bir yolu yeniden inşa etmemize izin veren bazı yeni biyolojiler,” dedi.