Suche
Mein Konto
دور الجين المشابه للترانسكيتوليز 1 في تطور الدماغ البشري الحديث
في دراسة حديثة نشرت في مجلة Science، أظهر الباحثون كيف يؤثر التعبير الجيني المشابه للترانسكيتوليز 1 (TKTL1) على تكوين الخلايا العصبية القشرية الحديثة لدى البشر المعاصرين. التعلم: يتضمن TKTL1 البشري تكوينًا عصبيًا أكبر في القشرة المخية الحديثة الأمامية للإنسان الحديث مقارنة بالإنسان البدائي. ومن المثير للاهتمام أن استبدال حمض أميني واحد في TKTL1، من اللايسين في القرود والبشر القدماء إلى الأرجينين في البشر المعاصرين، غيّر وظيفة وتنظيم طبقات الدماغ مثل القشرة المخية الحديثة، وخاصة في الفص الجبهي. أدت التغيرات التطورية في القشرة المخية الحديثة للدماغ والزيادة المصاحبة في إنتاج الخلايا العصبية إلى تحسين القدرات المعرفية للإنسان الحديث. وقد أظهرت تحليلات Endocast أن حجم داخل الجمجمة من الحديث...
دور الجين المشابه للترانسكيتوليز 1 في تطور الدماغ البشري الحديث
وفي دراسة نشرت مؤخرا في علوم أظهر الباحثون كيف يؤثر التعبير الجيني المشابه للترانسكيتوليز 1 (TKTL1) على تكوين الخلايا العصبية القشرية الحديثة لدى البشر المعاصرين.
Lernen: Menschliches TKTL1 impliziert eine größere Neurogenese im frontalen Neokortex moderner Menschen als bei Neandertalern. Bildnachweis: iurii/Shutterstock
خلفية
ومن المثير للاهتمام أن استبدال حمض أميني واحد في TKTL1، من الليسين في القرود والبشر القدماء إلى الأرجينين في البشر المعاصرين، أدى إلى تغيير وظيفة وتنظيم طبقات الدماغ مثل القشرة المخية الحديثة، وخاصة في الفص الجبهي. أدت التغيرات التطورية في القشرة المخية الحديثة للدماغ والزيادة المصاحبة في إنتاج الخلايا العصبية إلى تحسين القدرات المعرفية للإنسان الحديث. أظهرت تحليلات Endocast أن حجم داخل الجمجمة لدى الإنسان الحديث وإنسان النياندرتال كان متشابهًا، مما يشير إلى حجم مماثل للقشرة المخية الحديثة. ومع ذلك، فإن الحفريات لا يمكن أن تساعد في تقييم ما إذا كان حجم القشرة المخية الحديثة المماثل يشير ضمنًا إلى إنتاج مماثل للخلايا العصبية القشرية الحديثة.
دراسة سابقة أجراها بينسون وآخرون. قام وزملاؤه بتحليل تأثير تغير حمض أميني واحد في بروتين TKTL1 على إنتاج الخلايا الدبقية الشعاعية القاعدية (bRG)، وهي الخلايا التي تشكل معظم القشرة المخية الحديثة. ولاحظوا أنه في الكائنات العضوية، أنتج المتغير البشري لـ TKTL1 (hTKTL1) عددًا أكبر من السلفيات العصبية مقارنة بالمتغير القديم (aTKTL1) الموجود في إنسان النياندرتال، والدينيسوفان، وغيرهم من الرئيسيات. ربما لهذا السبب يمتلك البشر المعاصرون قشرة جديدة في أدمغتهم أكثر من البشر البدائيون.
عن الدراسة
في الدراسة الحالية، فحص الباحثون دور TKTL1 في تطور القشرة المخية الحديثة، والذي يؤثر بدوره على عدد السلفيات العصبية. بالإضافة إلى ذلك، حددوا ما إذا كان aTKTL1 وhTKTL1 لهما تأثيرات مماثلة على السلفيات العصبية أثناء تطور القشرة المخية الحديثة.
استخدمت الدراسة الإفراط في التعبير الجيني في تطوير القشرة المخية الحديثة للفئران والنمس. وبالمثل، استخدموا تقنية الضربة القاضية في الأنسجة القشرية الحديثة للجنين وتكنولوجيا تحرير الجينوم لدراسة العضيات الدماغية.
باستخدام التكرارات المتناوبة القصيرة المتداخلة بانتظام (CRISPR) - البروتين المرتبط بـ CRISPR 9 (Cas9) - بوساطة تقنية خروج المغلوب hTKTL1، أظهروا أن خروج المغلوب hTKTL1 في الأنسجة القشرية الحديثة البشرية الجنينية قلل بشكل كبير من أرقام brG. بعد ذلك، استخدم الفريق عضيات دماغية للتحقق من صحة نتائجهم. تحتوي هذه الهياكل الدماغية الصغيرة المصنوعة من الخلايا الجذعية الجنينية البشرية على aTKTL1 بدلاً من hTKTL1.
وعلى وجه التحديد، حصل الفريق على إجمالي حمض الريبونوكلييك (RNA) من عضويات بشرية وهمية ومشتقة من H9 معدلة جينيًا. استخدموا تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الحقيقي (qPCR) للتأكد من أن هذه الكائنات العضوية تعبر عن TKTL1 messenger RNA (mRNA)، متبوعًا بتسلسل Sanger لمنتجات PCR. لقد قاموا بتعيين عضيات وهمية ومحررة للجينات لجين TKTL1 البشري لتأكيد التعبير عن hTKTL1 mRNA في العضيات البشرية المحررة بشكل وهمي وTKTL1 mRNA الأثرية في العضيات البشرية المحررة بالجينات.
قبل التألق المناعي، قاموا بقطع مقاطع تجميد إكليلية بسمك 20-50 ميكرومتر باستخدام ناظم البرد وتخزين هذه العينات عند -20 درجة مئوية. أولاً، أخضع الفريق تعليق خلية واحدة من القشرة المخية الحديثة الجنينية للفأر إلى تلطيخ سطح الخلية. بعد ذلك، قاموا بتشريحها مجهريًا تحت المجهر الفراغي المتألق. وبهذه الطريقة، حصلوا على المنطقة المكهربة من القشرة المخية الحديثة. أخيرًا، استخدم الفريق قياس الطيف الكتلي (MS) لتحديد تركيزات أنزيم الأسيتيل A (أسيتيل CoA) في bRG المعزول عن طريق فرز الخلايا المنشطة بالفلورسنت (FACS).
نتائج الدراسة
وبطبيعة الحال، تفتقر القشرة المخية الحديثة لجنين الفأر إلى تعبير TKTL1. أدى إدخال جين hTKTL1 في القشرة المخية الحديثة لأجنة الفأر إلى زيادة تواتر bRG دون التأثير على السلفيات الوسيطة القاعدية (bIPs) ومجموعة السلف القمي، مما أدى بدوره إلى زيادة إنتاج الخلايا العصبية القشرية بمرور الوقت، لا سيما الخلايا العصبية في الطبقة العليا النامية المتأخرة. على العكس من ذلك، فإن aTKTL1، الذي يختلف بحمض أميني واحد فقط، لم يزيد من وفرة bRG.
علاوة على ذلك، وجد الباحثون أن تعبير hTKTL1 زاد من وفرة bRG ونسبة bRG متعددة العمليات، وهي السمة المميزة لـ bRG التي يمكن أن تكون ذاتية التعزيز، في تطوير القشرة المخية الحديثة للنمس. ونتيجة لذلك، زاد حجم التلفيف في النمس.
بالإضافة إلى ذلك، لاحظ الباحثون أن الخلايا العضوية المعبرة عن aTKTL1 تحتوي على عدد أقل من خلايا bRG والسلف العصبية. أكدت هذه النتيجة أن استبدال ليسين إلى أرجينين في hTKTL1 كان ضروريًا للحفاظ على سكان bRG في نموذج الدماغ البشري هذا. وبالمثل، زاد تعبير hTKTL1 في السلفيات العصبية أثناء تكوين الخلايا العصبية في القشرة المخية الحديثة للجنين البشري. ومن المثير للاهتمام أن هذا التعبير كان أعلى في الفص الجبهي النامي منه في الفص القذالي النامي.
ملاحظة أخرى مثيرة للاهتمام هي أن hTKTL1 عزز سكان bRG من خلال مسارين استقلابيين متسلسلين، مسار فوسفات البنتوز (PPP) وتخليق الأحماض الدهنية. لذلك، عندما قام الباحثون بقمع مسارات تخليق PPP أو الأحماض الدهنية بسلسلة من مثبطات محددة، توقفت الزيادة التي يسببها hTKTL1 في عدد bRG في القشرة المخية الحديثة للفأر الجنيني. وبالمثل، تم تخفيض أرقام bRG في الأنسجة القشرية الحديثة للجنين البشري.
علاوة على ذلك، وجد الباحثون أن bRGs المحفزة بـ hTKTL1، ولكن ليس bRGs المحفزة بـ hTKTL1، تحتوي على تركيز أعلى من أسيتيل CoA، وهو مستقلب مهم لتخليق الأحماض الدهنية. وبالتالي، فإن hTKTL1 فقط هو الذي عزز تخليق الدهون الغشائية التي تحتوي على نوع من الأحماض الدهنية المطلوبة لنمو عمليات bRG، مما يزيد من عدد سكانها.
الاستنتاجات
أظهرت الدراسة الحالية ما يميز تكوين الخلايا العصبية القشرية الحديثة لدى الإنسان الحديث عن إنسان نياندرتال. على الرغم من أن هؤلاء البشر القدامى كان لديهم أدمغة مماثلة (في الحجم) للإنسان الحديث، إلا أن استبدال ليسين إلى أرجينين واحد في جين hTKTL1 أدى إلى وفرة bRG ولكن ليس تلك الموجودة في bIPs، والتي بدورها ولدت المزيد من الخلايا العصبية القشرية الحديثة في البشر المعاصرين. علاوة على ذلك، أظهر الباحثون أن تأثير hTKTL1 يتطلب تخليق PPP والأحماض الدهنية، كما أن تثبيط هذه المسارات يقلل من وفرة bRG في الأنسجة القشرية الحديثة البشرية الجنينية.
مرجع:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, Christina Eugster Oegema, Sofia Traikov, Katrin Reppe, Stephan Riesenberg, Tomislav Maricic, Razvan Derihaci, Pauline Wimberger, Svante Pääbo, Wieland B. Huttner. (2022). Menschliches TKTL1 impliziert eine größere Neurogenese im frontalen Neokortex moderner Menschen als bei Neandertalern. Wissenschaft. doi: 10.1126/science.abl6422 https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl6422
.