Οι ερευνητές δημιούργησαν οργανοειδή μικροσκοπικών εγκεφάλων που περιέχουν μια παραλλαγή γονιδίου που απαντάται σε δύο εξαφανισμένους συγγενείς του σύγχρονου ανθρώπου, τους Neanderthal και τους Denisovan.

Οι ιστοί, που συντέθηκαν με την χρήση  ανθρώπινων βλαστικών κυττάρων, παρουσιάζουν διακριτές διαφορές συγκριτικά με τα ανθρώπινα οργανοειδή στη μορφολογία, όπως στο σχήμα και την υφή.

Τα ευρήματα αυτά θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν τα γενετικά μονοπάτια που επέτρεψαν στον ανθρώπινο εγκέφαλο να εξελιχθεί. Ο σύγχρονος άνθρωπος συνδέεται στενότερα με τους Neanderthal και τους Denisovan από οποιοδήποτε άλλο αρτίγονο πρωτεύον, με περίπου το 40% του γονιδιώματος των Neanderthal να εντοπίζεται στον ανθρώπινο πληθυσμό. Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν περιορισμένα μέσα για να μελετήσουν τους εγκεφάλους αυτών των αρχαίων ειδών, δεδομένου ότι οι μαλακοί ιστοί δεν διατηρούνται καλά και οι περισσότερες μελέτες βασίζονται στην εξέταση του μεγέθους και του σχήματος των απολιθωμένων κρανίων. Η γνώση του τρόπου με τον οποίο τα γονίδια του είδους διαφέρουν από τον άνθρωπο είναι σημαντική γιατί βοηθά τους ερευνητές να κατανοήσουν τι κάνει τους ανθρώπους μοναδικούς - ειδικά σε ό,τι αφορά τον εγκέφαλό μας.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής την Alysson Muotri, νευροεπιστήμονα στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, χρησιμοποίησαν την τεχνική επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR-Cas9 για να εισαγάγουν τη παραλλαγή που χαρακτήριζε τους Neanderthal και τους Denisovan ενός γονιδίου που ονομάζεται NOVA1 σε ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα, τα οποία μπορούν να διαφοροποιηθούν σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου. Τα καλλιέργησαν για να σχηματίσουν οργανοειδή, ιστούς που μοιάζουν με εγκεφαλικούς ιστούς, τα οποία σύγκριναν με φυσιολογικά ανθρώπινα εγκεφαλικά οργανοειδή που καλλιεργούσαν παράλληλα.

Δεν ήταν δύσκολο να γίνει η παρατήρηση ότι τα οργανοειδή που εκφράζουν την “αρχαία” παραλλαγή του NOVA1 ήταν διαφορετικά. «Μόλις είδαμε το σχήμα των οργανοειδών, ξέραμε ότι βρισκόμασταν κάπου», λέει η Muotri. Τα οργανοειδή του ανθρώπινου εγκεφάλου είναι συνήθως λεία και σφαιρικά, ενώ τα οργανοειδή με το αρχαίο γονίδιο είχαν τραχιά,  δαιδαλώδη επιφάνεια και ήταν μικρότερα σε μέγεθος. Αυτό πιθανότατα οφείλεται σε διαφορές που σχετίζονται με το πώς τα κύτταρα αναπτύσσονται και πολλαπλασιάζονται.

Από την σύγκριση του ανθρώπινου γονιδιώματος με τα σχεδόν ολοκληρωμένα γονιδιώματα δύο Neanderthals και ενός Denisovan, βρέθηκαν 61 γονίδια για τα οποία η ανθρώπινη εκδοχή είναι σταθερά διαφορετική από αυτήν των αρχαίων ειδών. Ανάμεσα σε αυτά τα 61 γονίδια, το NOVA1 εμπλέκεται στο σχηματισμό συνάψεων του εγκεφάλου και των νευρικών συνδέσμων και η αλλαγή της εκφραστικότητάς του έχει σχετιστεί με νευρολογικές διαταραχές.

Το ανθρώπινο γονίδιο NOVA1 διαφέρει από την αρχαία παραλλαγή του - η οποία εξακολουθεί να υπάρχει σε άλλα σύγχρονα πρωτεύοντα - κατά μία μόνο νουκλεοτιδική βάση, που οδηγεί στην αλλαγή ενός αμινοξέος. Αυτή η διαφορά αντικαθιστά ένα μόνο αμινοξύ στην πρωτεΐνη NOVA1 που παράγεται από τα αρχαϊκά οργανοειδή. «Το γεγονός ότι όλοι οι άνθρωποι, ή σχεδόν όλοι οι άνθρωποι, έχουν τώρα αυτήν την εκδοχή και όχι την παλιά σημαίνει ότι μας έδωσε ένα τεράστιο πλεονέκτημα σε ορισμένα σημεία κατά τη διάρκεια της εξέλιξης. Έτσι, το ερώτημα που έχουμε τώρα είναι, ποια είναι αυτά τα πλεονεκτήματα» λέει η Muotri.

Βέβαια, είναι απίθανο τα οργανοειδή με το αρχαίο γονίδιο να αντιπροσωπεύουν απόλυτα τους ιστούς των Neanderthal. Αντιθέτως, τα χαρακτηριστικά που παρατηρήθηκαν θα μπορούσαν να είναι το αποτέλεσμα της αλλαγής μιας σημαντικής πρωτεΐνης που υπάρχει στον άνθρωπο λόγω των επιδράσεων πολλών μεταλλάξεων που συσσωρεύονται η μία πάνω στην άλλη με την πάροδο του χρόνου.

Ωστόσο, η τροποποιημένη οργανοειδής προσέγγιση θα μπορούσε να είναι χρήσιμη για τη μελέτη της εξέλιξης του εγκεφάλου σε πρωτεύοντα, λέει η Suzana Herculano-Houzel, μια εξελικτική νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο Vanderbilt στο Νάσβιλ του Τενεσί. Η ομάδα της Muotri σκοπεύει να κάνει τα κατασκευάσει οργανοειδή που να περιέχουν άλλα προγονικά γονίδια που θα μπορούσαν να προσφέρουν πληροφορίες για τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Εάν οι ερευνητές μπορούν να κατανοήσουν την εξελικτική πορεία που έφερε τους ανθρώπους στη σημερινή μας κατάσταση, λέει, μπορεί να βελτιώσουν την κατανόηση των νόσων που σχετίζονται με τον ανθρώπινο εγκέφαλο.

Πηγή: Nature

Αικατερίνη Καραγιάννη - Stagiaire ΕΕΒ