Учёные выяснили, как у людей развивается более крупный мозг, чем у других человекообразных обезьян

Новое исследование впервые определило, как человеческий мозг вырастает намного больше и содержит в три раза больше нейронов, чем мозг шимпанзе и горилл. Учёные из Лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям (MRC) в Кембридже (Великобритания) обнаружили ключевой молекулярный переключатель, который может заставлять органоиды мозга обезьян расти больше похожими на человеческие, и наоборот.

Исследование, опубликованное в журнале Cell, сравнивало «органоиды мозга» — трёхмерные ткани, выращенные из стволовых клеток и моделирующие раннее развитие мозга, — полученные из стволовых клеток человека, гориллы и шимпанзе.

Подобно настоящим мозгам, человеческие органоиды мозга вырастали намного крупнее органоидов других обезьян.

Ключевое отличие — скорость созревания клеток-предшественников

На ранних стадиях развития мозга нейроны производятся стволовыми клетками — нейральными предшественниками. Изначально эти клетки имеют цилиндрическую форму, что облегчает их деление на идентичные дочерние клетки. Чем больше раз они делятся на этой стадии, тем больше нейронов будет впоследствии.

По мере созревания и замедления деления клетки удлиняются, приобретая форму вытянутого конуса мороженого.

• У мышей этот переход к конической форме и замедление деления занимает часы.
• В органоидах горилл и шимпанзе этот переход происходит примерно за пять дней.
• Человеческие клетки-предшественники задерживаются в этом переходе ещё дольше — около семи дней.

Более длительное сохранение цилиндрической формы позволяет человеческим клеткам делиться чаще и производить больше клеток. Эта разница в скорости перехода от предшественников к нейронам, вероятно, во многом ответственна за примерно трёхкратное большее количество нейронов в мозге человека по сравнению с мозгом гориллы или шимпанзе.

Молекулярный механизм — ген ZEB2

Сравнивая экспрессию генов в органоидах, учёные обнаружили различия в гене ZEB2, который включался раньше в органоидах мозга гориллы, чем в человеческих.

• Задержка эффекта ZEB2 в клетках-предшественниках гориллы замедлила их созревание, и органоиды развивались больше похожими на человеческие — медленнее и крупнее.
• Более раннее включение ZEB2 в человеческих клетках-предшественниках, наоборот, ускоряло переход, и органоиды развивались больше похожими на обезьяньи.

Значение исследования

Органоиды — это модель, которая не полностью воспроизводит реальный мозг. Однако для фундаментальных вопросов эволюции они дают беспрецедентную возможность изучить ключевые стадии развития мозга, которые иначе наблюдать невозможно. Это исследование даёт первое представление о том, что отличает развивающийся человеческий мозг от мозга наших ближайших родственников.