Co wyróżnia ludzki mózg?
Co odróżnia ludzki mózg od mózgu wszystkich innych zwierząt – w tym nawet naszych najbliższych krewnych naczelnych? Analizując typy komórek w korze przedczołowej czterech gatunków naczelnych, badacze z Yale zidentyfikowali cechy specyficzne dla danego gatunku – a zwłaszcza dla człowieka – donoszą 25 sierpnia w czasopiśmie Science.
Odkryli, że to, co czyni nas ludźmi, może również czynić nas podatnymi na choroby neuropsychiatryczne.
W celu przeprowadzenia badania, naukowcy przyjrzeli się szczególnie grzbietowo-bocznej korze przedczołowej (dlPFC), regionowi mózgu, który jest unikalny dla naczelnych i niezbędny dla poznania wyższego rzędu. Wykorzystując technikę sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek, wyprofilowali poziom ekspresji genów w setkach tysięcy komórek pobranych z dlPFC dorosłych ludzi, szympansów, małp makaków i marmozet.
„Dziś postrzegamy grzbietowo-boczną korę przedczołową jako podstawowy składnik ludzkiej tożsamości, ale wciąż nie wiemy, co sprawia, że jest ona wyjątkowa u ludzi i odróżnia nas od innych gatunków naczelnych” – powiedział Nenad Sestan, Harvey and Kate Cushing Professor of Neuroscience na Yale, profesor medycyny porównawczej, genetyki. i psychiatrii oraz główny starszy autor pracy. „Teraz mamy więcej wskazówek”.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy najpierw zapytali, czy istnieją jakieś typy komórek unikalnie obecne u ludzi lub innych analizowanych gatunków naczelnych innych niż człowiek. Po pogrupowaniu komórek o podobnych profilach ekspresji ujawnili 109 wspólnych typów komórek naczelnych, ale także pięć, które nie były wspólne dla wszystkich gatunków. Należał do nich typ mikrogleju, czyli specyficznych dla mózgu komórek odpornościowych, który był obecny tylko u ludzi, oraz drugi typ, wspólny tylko dla ludzi i szympansów.
Typ mikrogleju specyficzny dla człowieka istnieje przez cały okres rozwoju i dorosłości, stwierdzili badacze, sugerując, że komórki te odgrywają raczej rolę w utrzymaniu sprawności mózgu niż w zwalczaniu chorób.
„My, ludzie, żyjemy w bardzo odmiennym środowisku o unikalnym stylu życia w porównaniu z innymi gatunkami naczelnych; a komórki glia, w tym mikroglej, są bardzo wrażliwe na te różnice” – powiedział Sestan. „Typ mikrogleju znaleziony w ludzkim mózgu może reprezentować odpowiedź immunologiczną na środowisko”.
Analiza ekspresji genów w mikroglejach ujawniła kolejną niespodziankę specyficzną dla człowieka — obecność genu FOXP2. Odkrycie to wzbudziło duże zainteresowanie, ponieważ warianty FOXP2 zostały powiązane z dyspraksją werbalną, stanem, w którym pacjenci mają trudności z wytwarzaniem języka lub mowy. Inne badania wykazały również, że FOXP2 jest związany z innymi chorobami neuropsychiatrycznymi, takimi jak autyzm, schizofrenia i epilepsja.
Sestan i współpracownicy odkryli, że gen ten wykazuje ekspresję specyficzną dla naczelnych w podzbiorze neuronów pobudzających i specyficzną dla człowieka w mikrogleju.
„FOXP2 intryguje wielu naukowców od dziesięcioleci, ale wciąż nie mieliśmy pojęcia, co sprawia, że jest on wyjątkowy u ludzi w porównaniu z innymi gatunkami naczelnych”, powiedział Shaojie Ma, asystent podoktorski w laboratorium Sestana i współautor badania. Jesteśmy niezwykle podekscytowani odkryciami FOXP2, ponieważ otwierają one nowe kierunki w badaniach nad językiem i chorobami.”
Badania zostały sfinansowane przez National Institutes of Health i National Institute of Mental Health.
Inni autorzy to współgłówny autor Mario Skarica, associate research scientist in neuroscience w Yale School of Medicine; współgłówny autor Andre Sousa, asystent profesora neuronauki na University of Wisconsin-Madison; i współgłówny autor Stephen M. Strittmatter, Vincent Coates Professor of Neurology i profesor neuronauki w Yale, przewodniczący Wydziału Neuronauki i dyrektor Kavli Institute for Neuroscience.
Źródło: Yale University. Bill Hathaway