Auf Dias konserviertes menschliches Gehirn (SubstanceP/iStock) Menschliche Gehirne sind einige der größten in der Natur, aber es ist nicht ganz klar, warum das so ist. Zwei Studien deuten nun auf eine neue Hypothese hin: dass eine Familie von Genen, die für den Aufbau von Hirnmasse verantwortlich sind, unserem endokranialen Volumen (ECV) einen Schub verliehen hat.
Entscheidend ist, dass diese Gene ausschließlich beim Menschen aktiv sind. Bei Makaken oder Orang-Utans kommen sie überhaupt nicht vor, berichten die Forscher, und bei Gorillas und Schimpansen – den Primaten, mit denen wir einen Großteil unseres Genoms teilen – sind sie zwar vorhanden, aber inaktiv.
Die Gene mit der Bezeichnung NOTCH2NL wirken, indem sie die Entwicklung kortikaler Zellen verzögern Stammzellen in Neuronen, wodurch mehr Neuronen entstehen. Es wurde festgestellt, dass sie in den neuralen Stammzellen der Großhirnrinde reichlich exprimiert werden.
Neandertaler- (links) und menschliches (rechts) Gehirn. (Fiddes et al.)
„Einer der heiligen Grale von Forschern wie uns besteht darin, herauszufinden, was während der menschlichen Entwicklung und Evolution für ein größeres Gehirn, insbesondere die Großhirnrinde, verantwortlich ist.“ sagt einer aus dem Team , Entwicklungsbiologe Pierre Vanderhaeghen von der Université Libre de Bruxelles (ULB) in Belgien.
„Angesichts der relativ schnellen Entwicklung des menschlichen Gehirns ist es verlockend zu spekulieren, dass neu entwickelte, menschenspezifische Gene dazu beitragen könnten, unser Gehirn auf artspezifische Weise zu formen.“
Und natürlich hat uns diese Gehirnformung in den letzten Millionen Jahren dabei geholfen, zu denken, Probleme zu lösen und unsere Kultur auf einer anderen Ebene als dem Rest des Tierreichs zu entwickeln.
Vanderhaeghen und sein Team entwickelten eine neue Methode zur Analyse der körpereigenen RNA, die für die Kodierung und Expression von Genen unerlässlich ist – dies half den Forschern, die für den Menschen spezifischen Gene in der Großhirnrinde zu identifizieren.
Mit dem eng verknüpften NOTCH2 Ahnengen Da bereits bekannt ist, dass es den Weg kortikaler Stammzellen zur Bildung von Neuronen oder zur Bildung weiterer Stammzellen steuert, konzentrierten sie sich auf NOTCH2NL.
Nach einer Reihe von Tests an Mäuseembryonen und Labortests an menschlichen pluripotenten Zellen wurden schließlich die besonderen Kräfte dieser Gene entdeckt.
'Von einem Stammzelle , können Sie entweder zwei regenerieren Vorläuferzellen „Erzeugen Sie zwei Neuronen oder erzeugen Sie eine Vorläuferstammzelle und ein Neuron“, erklärt Vanderhaeghen .
„Und was NOTCH2NL bewirkt, ist, dass diese Entscheidung ein wenig dahingehend beeinflusst wird, Vorläufer zu regenerieren, die später weitere Neuronen bilden können.“ Es ist ein kleiner Früheffekt mit großen Spätfolgen, wie es in der Evolution oft vorkommt.“
Ein separates Wissenschaftlerteam wurde durch eine Untersuchung von Genen, die in der Gehirnentwicklung von Menschen und Makaken zum Ausdruck kommen, zu NOTCH2NL geführt – einer der Hauptunterschiede, auf die sie stießen, war das Fehlen von NOTCH2NL bei den Affen.
Durch die Löschung von NOTCH2NL aus menschlichen Stammzellen im Labor stellten die Forscher fest, dass sich Stammzellen schneller in Neuronen differenzieren, aber gleichzeitig den Stammzellpool insgesamt erschöpfen – so dass der resultierende Teil des Kortexgewebes kleiner ist.
Zusätzlich zu den Beweisen, dass NOTCH2NL-Gene für die Gehirngröße verantwortlich sind, konnte das Team erstmals ihre Position im Genom korrekt neu kartieren, da sich die vorherige Kartierung als falsch herausstellte.
Variationen in einer Region namens 1q21.1 – verbunden mit mehreren neurologischen Entwicklungsstörungen wie z ADHS – waren mit kleineren oder größeren Gehirnen verbunden.
Mit anderen Worten, so sagen die Forscher, scheint NOTCH2NL so etwas wie ein evolutionärer Kompromiss zwischen größeren Gehirnen und der Anfälligkeit für solche Erkrankungen zu sein Makrozephalie Und Mikrozephalie Dabei ist der Kopf entweder ungewöhnlich groß oder ungewöhnlich klein.
Es ist zu früh dafür den Fall schließen allerdings noch nicht in unserem größeren Gehirn – zunächst einmal wissen wir noch nicht viel über den Mechanismus, den die NOTCH2NL-Gene nutzen. Die Forscher hinter diesen beiden Studien wollen außerdem eine größere Stichprobe von Patienten und Labormodellen über einen längeren Zeitraum betrachten, um genauer zu untersuchen, was passiert.
Was die Ergebnisse jedoch noch faszinierender macht, ist, dass dies der Fall ist Notch-Signalweg ist einer der ältesten Entwicklungswege, die wir kennen, und er kommt in fast jedem Tier vor – und doch haben wir Menschen irgendwie die ganz neue NOTCH2NL-Variante entwickelt, um unsere graue Substanz zu stärken.
„Unser Gehirn ist vor allem durch die Erweiterung bestimmter Funktionsbereiche der Großhirnrinde dreimal so groß geworden, und das muss ein grundlegendes Substrat dafür sein, dass wir menschlich werden.“ sagt einer der Forscher der an der zweiten Studie arbeitete, der Bioinformatiker David Haussler von der University of California, Santa Cruz.
„Ich kann mir wirklich keine spannendere wissenschaftliche Frage vorstellen, als die mysteriösen genetischen Veränderungen zu entdecken und zu entschlüsseln, die uns zu dem gemacht haben, was wir sind.“