Новая кора головного мозга, отвечающая за высшие когнитивные функции, у человека в процессе эволюции стала наиболее развитой. Немецкие нейробиологи установили молекулярные механизмы, регулирующие увеличение объема и количество нейронов неокортекса у людей и приматов по сравнению с другими млекопитающими. Выводы исследования помогут лучше понять историю эволюции мозга человека и могут способствовать лечению проблем его неправильной работы и развития.
Неокортекс, или новая кора головного мозга млекопитающих, выполняет ряд сложных когнитивных функций: абстрактное мышление, эмоциональное и социальное взаимодействие, обработку речи, обучение, самосознание и другие. Эти функции в наибольшей степени выражены у человека благодаря объему и развитию неокортекса с большим количеством борозд и извилин, увеличивающих площадь поверхности мозга.
Механизмы молекулярного уровня, управляющие эволюцией неокортекса и формированием сложного человеческого мозга, до сих пор остаются в значительной степени неясными. Их открытие может быть решающим для понимания истории развития мозга и потенциального решения связанных с ним проблем. С этой целью группа учёных из Дрезденского технического университета (Германия) вместе с коллегами из других немецких организаций сравнила развивающийся мозг мышей, горилл и людей.
Исследователи сформировали трехмерные структуры из стволовых клеток: нейроны и вспомогательные клетки нервной ткани. Органоиды воспроизводят большинство типов клеток развивающегося мозга, взаимодействуют, передают сигналы и устроены аналогично мышиному или человеческому мозгу, что делает их идеальным объектом исследований.
Внимание нейробиологов привлек специфический белок эпирегулин, участвующий в регуляции пролиферации, дифференциации и гибели клеток во многих процессах: от образования новых кровеносных сосудов до развития различных видов рака. Оказалось также, что эпирегулин стимулирует деление и распространение стволовых клеток в развивающемся неокортексе человека, обеспечивая разрастание ткани и увеличение его объема.
Проследив за эволюцией гена EREGКоманда ученых, изучающих белок, кодируемый этим геном, обнаружила, что ген не является уникальным для человека; его присутствие зафиксировано у других приматов и даже у мышей. Однако по неизвестной причине у мышей этот ген постоянно отключен, из-за чего эпирегулин не вырабатывается в их развивающемся мозге, а неокортекс грызунов остается относительно тонким и гладким.
Чтобы сравнить, учёные выделили органоиды мозга горилл с генусом… EREGПроизводя белок, хоть и в меньшем количестве, чем человек, он продолжал работать. При изучении геномов животных авторы обнаружили 11 областей с генами, способными активировать экспрессию. EREGУ человека и приматов наблюдается образование эпирегулина, чего не отмечается у мышей. Однако учёные полагают, что для более глубокого понимания межвидовых различий в естественном производстве эпирегулина в неокортексе млекопитающих требуются дополнительные исследования.
Нейробиологи исследовали эффект искусственного добавления эпирегулина в органоиды мозга человека, гориллы и мыши. У грызунов и обезьян такая процедура способствовала увеличению пролиферации стволовых клеток и расширению области неокортекса. В организме человека дополнительное количество белка не привело к каким-либо изменениям.
Исследовательский материал представлен в статье подробнее. опубликованной в журнале EMBO Journal.