Cercetătorii compară dezvoltarea creierului la oameni și la marile maimuțe
O echipă internațională condusă de prof. Mareike Albert la Universitatea de Tehnologie din Dresda a comparat dezvoltarea timpurie a creierului la oameni, cimpanzei și gorile, folosind organoizi cerebrali cultivați din celule stem. Rezultatele, publicate în revista Nature Communications, arată că diferențele nu provin din gene noi, ci din modul în care oamenii și maimuțele folosesc genele pe care le au în comun.
Neocortexul este regiunea creierului responsabilă de funcții cognitive superioare precum gândirea abstractă, planificarea pe termen lung și vorbirea. La oameni, neocortexul este mult mai mare decât la celelalte mari maimuțe. Deși anumite gene specifice omului au fost asociate cu un creier mai mare, ele nu explică singure expansiunea evolutivă masivă a neocortexului uman.
„Schimbările de dimensiune ale creierului apar de fapt în timpul dezvoltării. Atunci se generează majoritatea neuronilor. Dar țesut cerebral în dezvoltare de la marile maimuțe non-umane nu este disponibil pentru cercetare, din motive etice întemeiate”, explică Albert, coordonatoarea grupului de cercetare la Centrul pentru Terapii Regenerative din Dresda și la Facultatea de Biologie a universității. „Așa că ne-am întrebat: cum putem totuși compara dezvoltarea creierului diferitelor specii, una lângă alta?”
Răspunsul a fost reprezentat de organoizi cerebrali, structuri tisulare tridimensionale minuscule cultivate din celule stem. Organoizii seamănă cu creierul în dezvoltare, în acest caz cu neocortexul. Cercetătorii au cultivat organoizi din celule stem umane, de cimpanzeu și de gorilă și au comparat etapele timpurii ale dezvoltării creierului între specii. Au constatat diferențe clare în modul în care cele trei specii își utilizează genele comune.
Aceleleași gene, setări diferite
Genomul uman care codifică proteine este identic în proporție de 98%–99% cu cel al cimpanzeilor și gorilelor. Totuși, gene identice nu sunt neapărat folosite în același fel. Echipa a analizat activitatea genelor în celulele stem neurale din organoizii cerebrali în dezvoltare și a descoperit că mulți comutatori genetici funcționează diferit la oameni.
„Acești comutatori genetici sunt secvențe scurte de ADN care controlează cât de activă este o genă. Pot fi gândiți ca niște variatoare care cresc sau scad intensitatea genelor”, spune dr. Schütze, care a condus partea experimentală a studiului. „Am găsit aproape 600 de comutatori care sunt mai activi în celulele stem neurale umane decât în cele ale cimpanzeilor și gorilelor.”
Mulți dintre acești comutatori reglau gene cunoscute pentru rolul lor în modelarea celulei, în special pentru ajutarea celulei să dezvolte prelungiri lungi și ramificate. Când cercetătorii au dezactivat două dintre aceste gene în organoizii umani, celulele stem au devenit mai puțin ramificate, iar într-un caz celulele au dat naștere la mai puțini neuroni. Acest lucru este în acord cu cercetări anterioare care sugerează că celulele stem mai ramificate preiau mai multe semnale din mediul înconjurător, se divid mai des și produc mai mulți neuroni, ceea ce duce la un creier mai mare.
„Nu neapărat genele diferite fac creierul uman special. Așa cum sugerează genomiile aproape identice, folosim în mare parte același set de instrumente ca maimuțele, doar cu setări diferite”, afirmă Albert.
O nouă fereastră spre dezvoltarea timpurie
Marile maimuțe sunt pe cale de dispariție și strict protejate. Prin urmare, modul în care se dezvoltă creierul celui mai apropiat rudă vie a omului a rămas în mare parte inaccesibil cercetării. „Organoizii ne oferă o fereastră spre o etapă de dezvoltare pe care altfel nu am putea-o studia deloc”, spune Albert. „Ce ne face oameni este o întrebare fascinantă. Cu organoizii, putem începe în sfârșit să răspundem la părți ale acestei întrebări la nivel de celule individuale și gene.”
