Die Aufdeckung der evolution des Gehirns: die Wissenschaftler vergleichen die Entwicklung von Gehirn-Zellen zwischen Menschen und nicht-menschlichen Primaten in eine neue Art und Weise

Was uns zu Menschen macht, und Woher kommt diese geheimnisvolle Eigenschaft „Menschlichkeit“ aus? Menschen sind genetisch ähnlich wie Schimpansen und bonobos, aber es existieren offensichtliche Verhaltens-und kognitive Unterschiede. Jetzt haben Forscher vom Salk Institute, in Zusammenarbeit mit Forschern vom Institut für Anthropologie an der UC San Diego haben eine Strategie entwickelt, um leichter studieren der frühen Entwicklung menschlicher Neuronen, verglichen mit den Neuronen von nicht-menschlichen Primaten. Die Studie, erschienen in eLife am 7. Februar 2019, bietet Wissenschaftlern ein neuartiges Werkzeug für die Hirnforschung.

„Diese Studie liefert Einblicke in die Entwicklungs-Organisation des Gehirns und legt die Grundlagen für weitere vergleichende Analysen zwischen Menschen und nicht-menschlichen Primaten“, sagt einer der leitenden Autoren der Studie, der Salk-Präsident und Professor Rusty Gage, wer hält das Vi und Johannes Adler Stuhl für Forschung auf altersbedingter Neurodegenerativer Erkrankung.

Zwei wichtige Prozesse in der Entwicklung des Gehirns gehören neuron Reifung und migration. Reifung beinhaltet neuron Wachstum der Neuronen erhöhen Ihre verbindungen untereinander für eine bessere Kommunikation. Migration ist die räumliche Bewegung der Neuronen in verschiedenen teilen der Entwicklung des Gehirns. Die Autoren gesucht, um zu vergleichen neuron Reifung und migration zwischen Menschen und nicht-menschlichen Primaten.

Um diese Aufgabe zu erfüllen, die Gage Labor eine neue Methode entwickelt, die Verwendung von Stammzellen-Technologie zu nehmen, Haut-Zellen von Primaten und Koax Sie über ein virus und chemischen cocktails, zu entwickeln, in neurale progenitor-Zellen, ein Zelltyp, der die Fähigkeit hat, sich mehrere Arten von Zellen im Gehirn, einschließlich Neuronen. Diese neue Primaten-Zelllinien können dann ständig weitergegeben, so dass die Forscher neue Wege zur Untersuchung Aspekte der neuronalen Entwicklung des live-Neuronen ohne Gewebeproben aus bedrohten Primaten wie Schimpansen und bonobos.

„Das ist eine neuartige Strategie zur Untersuchung der menschlichen evolution,“ sagt Carol Marchetto, ein Salk-senior staff scientist im Labor für Genetik, co-erste Autor und einer der Studie der senior-Autoren. „Wir sind glücklich, Ihnen diese Primaten-Zelllinien, die mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft, so dass Forscher aus aller Welt untersuchen können, Primaten-Gehirn-Entwicklung ohne die Verwendung von Gewebe-Proben. Wir erwarten dies führt zu zahlreichen neuen Erkenntnissen über die nächsten paar Jahre über das Gehirn der evolution.“

Die ersten Forscher untersuchten die Unterschiede in der Genexpression im Zusammenhang zu neuronalen Bewegung, Vergleich Mensch, Schimpanse und bonobo-Zellen. Sie untersucht auch die migration von Eigenschaften der Neuronen, die inhärent jede Spezies. Sie fanden 52 Gene, die im Zusammenhang mit der migration, und, interessanterweise, Schimpanse und bonobo-Neuronen hatte Zeiten raschen migration, während die menschliche Neuronen wurden langsam zu bewegen.

Um vergleichen zu neuron Bewegung und Reifung außerhalb der Schale, die Wissenschaftler der transplantierten neuralen Vorläuferzellen von Menschen und Schimpansen in die Gehirne der Nagetiere, die Aktivierung der Neuronen zu gedeihen und die Bereitstellung zusätzlicher Entwicklungs-cues für die Neuronen zu entwickeln.

Die Forscher analysierten dann die Unterschiede in der Migrations-Entfernung, Form und Größe der Neuronen, die für bis zu 19 Wochen nach transplantation. Sie beobachteten die Länge, Dichte und Menge der Erweiterungen von Neuronen, Dendriten, sowie die Größe der Zellkörper, das Haus der Zellkern und die DNA.

Die Schimpansen-Neuronen migrieren eine größere Distanz und deckten einen Anteil von 76 Prozent größere Fläche als die menschlichen Neuronen nach zwei Wochen. Menschliche Neuronen wurden langsamer zu entwickeln, aber erreicht mehr Längen als die Schimpansen-Neuronen. Dieses langsamere Wachstumsmuster erlauben kann, Menschen zu erreichen, mehr Entwicklungs-Meilensteine als nichtmenschlichen Primaten, die konnte account für Unterschiede im Verhalten und der kognitiven Fähigkeiten.

In der Zukunft, die Autoren hoffen, dass die Konstruktion eines Stammbaumes von mehreren Primatenarten, unter Verwendung von induzierten pluripotenten Stammzell-Linien, zum besseren Verständnis der evolution des menschlichen Gehirns. Darüber hinaus die Autoren planen, diese Plattform nutzen, um die Studie der Genregulation Unterschiede zwischen Primaten-Arten zugrunde, dass die Unterschiede in der neuronalen Reifung und potenziellen Auswirkungen auf Gehirn-Organisation in den Menschen.

„Wir haben nur begrenzte Kenntnisse über die evolution des Gehirns, vor allem, wenn es um Unterschiede in der zellulären Entwicklung zwischen den Arten“, sagt Marchetto. „Wir freuen uns über die enormen Möglichkeiten, die diese Arbeit öffnet für das Feld der Neurowissenschaften und das Gehirn-evolution.“