Біологія
Біологія

Органоїди вказали на причину розвитку великого мозку в людей

Дослідження британських вчених показує, що за розвиток нашого великого мозку може відповідати пізня зміна форми нервових стовбурових клітин під час ембріонального розвитку. Такого висновку вони дійшли після порівняння розвитку мозкових органоїдів людей, шимпанзе та горил. Дослідження опублікували у журналі Cell.

П'ятитижневий органоїд мозку людини. S.Benito-Kwiecinski / MRC LMB / Cell

П'ятитижневий органоїд мозку людини. S.Benito-Kwiecinski / MRC LMB / Cell

Що в цьому цікавого?

Однією з найголовніших особливостей, яка відрізняє нас від інших тварин, є величина нашого мозку. Він близько втричі більший, ніж у наших найближчих сучасних родичів — шимпанзе та горил. Вчені намагаються пояснити цей феномен багатьома гіпотезами, але однозначної відповіді ще не знайшли. Деякі попередні їхні дослідження показували, що ще під час раннього внутрішньоутробного розвитку, до формування нейронів, наш передній мозок уже більший, ніж в інших приматів. Ця відмінність може бути спричинена розширенням клітин, відомих під назвою нейроепітеліальних. Ці клітини є мультипотентними стовбуровими, і вони дають початок нейронам та гліальним клітинам. Тому тривалий час припускають, що відмінності в цих клітинах відповідальні за мінливість величини кори головного мозку у різних тварин та людини. Вчені з Лабораторії молекулярної біології в Кембриджі перевірили це припущення за допомогою відносно нової технології — вирощування мозкових органоїдів.

Як вчені це вивчали?

Для початку науковці зібрали зразки клітин від трьох видів приматів — людей, шимпанзе та горил. Завдяки методам перепрограмування клітин вчені змусили їх перетворитися на стовбурові клітини, які називаються індукованими плюрипотентними. Потім, шляхом оброблення клітин коктейлем різних хімічних речовин, дослідники спонукали стовбурові клітини згорнутися у тривимірну структуру, яка нагадує мозок. Насправді це органоїд — кількаміліметрова купка клітин, властивих справжньому мозку. Хоча вони функціонують подібно до органу в організмі, органоїди мають суттєву простішу будову, яка, втім, годиться для деяких базових досліджень.

Під час вирощування спрощених версій мізків вчені помітили, що як і зі справжніми мізками, людські органоїди виростають більшими, ніж ті, що походять від клітин горил чи шимпанзе. Десь на п'ятий тиждень розвитку вони були вдвічі більші за органоїди родичів-приматів. Щоб розібратися з причинами цього, вчені проаналізували гени в цих структурах.

Які результати отримали?

Науковці помітили, що клітини органоїдів людей та горил і шимпанзе відрізняються експресією гена ZEB2: у нас він включається дещо пізніше, ніж у цих приматів. Цей ген відповідальний за зміну нейроепітеліальними клітинами форми, що впливає на їхню здатність поділятися. При активізації його експресії, стовбурові клітини гірше діляться та перетворюються на нейрони. Те, що у людей ZEB2 довше не вмикається, означає, що нейроепітеліальні клітини мають більше часу на розмноження, отже зрештою вони дадуть початок більшій кількості нейронів.

Роль ZEB2 підтвердилася і в наступних дослідах. Коли вчені посилювали активність гена у людських органоїдах, вони зростали меншими, а коли органоїдам горили пригнічували експресію цього гену, то вони зростали повільніше або більшими, як людські в нормі.

Результати вказують, що зміна форми нейроепітеліальних клітин відіграє важливу роль у розвитку великого мозку. Однак дослідження на модельних організмах не завжди можна інтерпретувати на людей, тому майбутні дослідження допоможуть краще розібратися у цьому питанні. А дізнатися більше про те, які органоїди та для чого вирощують вчені, можна з нашого матеріалу «Мізки в чашці Петрі».