محققان موسسه انسان شناسی تکاملی ماکس پلانک در لایپزیگ، آلمان، انستیتوی چشم پزشکی مولکولی و بالینی بازل و ETH زوریخ سوئیس، بینش جدیدی از رشد مغز انسان و تفاوت این فرآیند در مقایسه با سایر ایپ ها ارائه داده اند. این مطالعه ویژگی های رشد مغز را که منحصر به فرد برای انسان است، نشان می دهد و چگونگی تفاوت این فرایندها نسبت به سایر پریمات ها را بیان می کند.
از آنجا که انسان ها از یک جد مشترک با شامپانزه ها و سایر ایپ های بزرگ جدا شده بودند، مغز انسان به طرز چشمگیری تغییر کرده است. با این حال، فرآیندهای ژنتیکی و رشدی که مسئول این واگرایی هستند، درک نشده اند. ارگانوئیدهای مغزی (بافتهای مانند مغز)، که از سلولهای بنیادی داخل یک ظرف رشد می کنند، امکان مطالعه تکامل رشد اولیه مغز را در آزمایشگاه ارائه می دهند.
سابینا کانتون، مایکل جیمز بویل و ژیزونگ، به عنوان اولین نویسندگان این تحقیق، به همراه همکارانشان، ارگانوئید های مغزی انسان را از طریق تکامل آنها از سلولهای بنیادی مورد بررسی قرار دادند تا پویایی بیان ژن و تنظیم آن را با استفاده از روشهایی به نام single-cell RNA-seq و ATAC-seq انجام دهند.
نویسندگان همچنین ارگانوئیدهای مغزی شامپانزه و ماکاک را بررسی کردند تا درک کنند که چگونه رشد ارگانوئید در انسان متفاوت است.
باربارا تروتلین، نویسنده همکار ارشد اظهار کرد: “ما بلوغ نورون قشر را در ارگانوئیدهای شامپانزه و ماکاک نسبت به ارگانوئیدهای انسانی در همان نقطه رشد مشاهده کردیم.” “این نشان می دهد که رشد عصبی انسان کندتر از دو نخستین دیگر انجام می شود.”
بیان و تنظیم ژن منحصر به فرد در انسان
محققان همچنین ژنهایی را نشان دادند. این ژنها دارای الگوهای بیانی هستند که در طول نسل و بلوغ نورونها برای انسان ها منحصر به فرد است. بیان ژن با دسترسی DNA تنظیم می شود، که می تواند در حالت باز یا فشرده باشد.
بسیاری از تغییرات بیان ژن که نویسندگان شناسایی کردند، می توانند با نزدیک بودن و در دسترس بودن ژنوم انسان مرتبط باشند. بسیاری از مناطق متفاوت در دسترس دارای جهشهای پنهانی هستند که در بین تمام انسانهای امروز، مسئول تغییرات مشاهده شده در دسترسی به DNA و بیان ژن هستند.
گری کمپ، نویسنده همکار ارشد این مطالعه بیان کرد: برخی از تغییرات ژنتیکی باعث تغییر در فاکتور رونویسی می شوند و توضیحی بالقوه در مورد چگونگی بروز این تفاوتهای بیان ژن را نشان می دهند. “از جمله تغییرات تنظیم ژن که شناسایی کردیم می تواند مواردی باشد که به توانایی های بزرگتر مغز و عملکرد شناختی مشاهده شده در انسان نسبت به سایر پریمات ها کمک می کنند.”
محققان در ادامه، بیان ژن منحصر به فرد انسان را در قشر جلوی مغز بالغ، ناحیه ای از مغز که در اندازه در انسان افزایش یافته است، بررسی کرده اند و گفته می شود که بر رفتارهای پیچیده شناختی تأثیر می گذارد. آنها تفاوتهای تکمیلی در بیان ژن و همچنین تغییرات منحصر به فرد در مغز بزرگسال در انواع سلولی خاص را، شناسایی کردند.
نویسندگان نتیجه می گیرند: “داده های ما منبعی را برای هدایت تحقیقات بیشتر در مورد مکانیسم های پویایی تنظیم ژن در طی رشد اولیه مغز، به ویژه آنهایی که به طور بالقوه و متمایز مغز انسان و شامپانزه ها را هدایت می کنند، ارائه می دهند.
برای اطلاعات بیشتر به موسسه سلامت مغز دانا مراجعه کنید.
منبع:
Organoid single-cell genomic atlas uncovers human-specific features of brain development, Nature
درباره نویسنده
دکتر علی محمد کمالی فارغ التحصیل دکترای تخصصی علوم اعصاب از دانشگاه علوم پزشکی شیراز، بیش از 15 سال است که در زمینه پژوهش، تدریس و فعالیت های اجرایی در حوزه علوم اعصاب فعالیت و تجربه دارد. وی همچنین در ارتقا عملکرد های شناختی با استفاده از نوروتکنولوژی و مطالعات خواب تخصص ویژه ای دارد. او یکی از بنیانگذاران انستیتو سلامت مغز دانا است، (گروهی که سلامت مغز را اولویت جامعه می داند).