Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Gök Gürültülü

Yeni Genetik Karşılaştırma Tekniği İnsan Beyninin ve Yüzünün Evrimini Ortaya Çıkardı

17.03.2021
113
Yeni Genetik Karşılaştırma Tekniği İnsan Beyninin ve Yüzünün Evrimini Ortaya Çıkardı

Stanford’da geliştirilen yeni genetik karşılaştırma tekniği, insan beyninin ve yüzünün evriminin titiz bir şekilde incelenmesini sağlar.

Ayrı çalışmalarda, araştırmacılar insanlarda ve şempanzelerde beyin ve yüz gelişimiyle ilgili gen düzenlemesini yeni bir teknik kullanarak karşılaştırdılar. Her iki durumda da, bu türler arasında yeni genetik farklılıklar keşfettiler.

İnsan evrimini incelemenin en iyi yollarından biri, bizi evrimsel olarak bizimle yakından ilişkili olan insan dışı türlerle karşılaştırmaktır. Bu yakınlık, bilim insanlarının bizi insan yapan şeyi tam olarak daraltmasına yardımcı olabilir, ancak bu kapsam o kadar dar ki, tanımlanması da son derece zor olabilir. Bu komplikasyonu gidermek için Stanford Üniversitesi’nden araştırmacılar, genetik farklılıkları karşılaştırmak için yeni bir teknik geliştirdiler.

Bu teknikle iki ayrı deney grubu aracılığıyla araştırmacılar, insanlar ve şempanzeler arasındaki yeni genetik farklılıkları keşfettiler. Gen ifadesinde önemli bir eşitsizlik buldular SSTR2 – serebral korteksteki nöronların aktivitesini modüle eden ve insanlarda bazı nöropsikiyatrik hastalıklarla bağlantılı olan Alzheimer demans ve şizofreni – ve gen EVC2yüz şekli ile ilgili. Sonuçlar 17 Mart’ta yayınlandı Doğa ve Doğa Genetiği, sırasıyla.

İnsan Kortikal Sferoidleri

Psikiyatri ve davranış bilimleri doçenti Sergiu Pașca’nın laboratuvarında elde edilen insan kortikal sferoidlerinin önceki araştırmalardan bir görüntüsü. Kredi bilgileri: Timothy Archibald

Stanford genetik yüksek lisans öğrencisi ve başyazarı olan Rachel Agoglia, “İnsan evrimini incelemek, sadece nereden geldiğimizi anlamak için değil, aynı zamanda insanların neden diğer türlerde görülmeyen bu kadar çok hastalığa yakalandığını anlamak için de önemlidir” dedi.

Bu makale, kök hücreler gibi davranmak üzere modifiye edilmiş insan ve şempanze deri hücrelerinin (tam bir organizma olmasa da) çeşitli diğer hücre türlerine dönüşmek üzere üretilebilecek oldukça şekillendirilebilir hücreler olan birleştirilmesini içeren yeni tekniği detaylandırıyor.

Stanford Beşeri Bilimler ve Bilimler Okulu’nda biyoloji doçenti olan Hunter Fraser, “Bu hücreler, insan ve şempanze genlerini ve faaliyetlerini yan yana kesin bir şekilde karşılaştırmamıza izin vererek bu tür bir çalışmada çok önemli özel bir amaca hizmet ediyor,” dedi.

Karşılaştırmaları kapat

Fraser laboratuvarı, özellikle insanların ve diğer primatların genetiğinin, çevredeki genlerin ekspresyonunu etkileyen (aynı yerde bulunan cis-düzenleyici unsurlar düzeyinde nasıl karşılaştırıldığıyla ilgilenmektedir). DNA molekül veya kromozom). Trans-düzenleyici faktörler olarak adlandırılan alternatif, genomun başka yerlerinde bulunan diğer kromozomlar üzerindeki uzak genlerin ekspresyonunu düzenleyebilir. Geniş etkileri nedeniyle, trans-düzenleyici faktörlerin (proteinler gibi) yakından ilişkili türler arasında cis-düzenleyici unsurlara göre farklılık gösterme olasılığı daha düşüktür.

Ancak bilim adamlarının insanlardan ve şempanzelerden benzer hücrelere erişimi olsa bile, kafa karıştırıcı faktörler riski vardır. Örneğin Pașca, türler arasındaki gelişim zamanlamasındaki farklılıklar, beyin gelişimini incelemede önemli bir engeldir. Bunun nedeni, insan beyni ve şempanze beyinlerinin çok farklı oranlarda gelişmesidir ve onları doğrudan karşılaştırmanın kesin bir yolu yoktur. Bilim adamları, insan ve şempanze DNA’sını aynı hücresel çekirdek içinde barındırarak, kafa karıştırıcı faktörlerin çoğunu dışlayabilir.

Bu hücreleri kullanan ilk deneyler için Agoglia, hücreleri kortikal sferoidler veya organoidler (gelişmekte olan bir memeli serebral korteksini yakından taklit eden bir beyin hücresi demeti) oluşturmaya ikna etti. Pașca laboratuvarı, insan beyninin nasıl bir araya getirildiğini ve bu sürecin hastalıkta nasıl ters gittiğini araştırmak amacıyla beyin organoidleri ve assembloidleri geliştirmede ön saflarda yer aldı.

Stanford Brain’in Aile Direktörü ve Bonnie Uytengsu olan Pașca, “İnsan beyni, gelişiminin çoğu için moleküler ve hücresel düzeyde esasen erişilemez durumda, bu nedenle bu önemli süreçlere erişmemize yardımcı olmak için kortikal sferoidleri tanıttık” dedi.

Beyin hücrelerinin 3 boyutlu kümeleri bir tabakta gelişip olgunlaştıkça, genetik aktiviteleri her türdeki erken nörogelişimde olanları taklit eder. İnsan ve şempanze DNA’sı aynı hücresel ortamda birbirine bağlandığı için aynı koşullara maruz kalırlar ve paralel olarak olgunlaşırlar. Bu nedenle, ikisinin genetik aktivitesinde gözlemlenen herhangi bir farklılık, makul bir şekilde iki türümüz arasındaki gerçek genetik farklılıklara bağlanabilir.

Araştırmacılar, 200 gün boyunca yetiştirilen kaynaşmış hücrelerden türetilen beyin organoidlerini inceleyerek, türler arasında cis-düzenleyici farklılıklar gösteren binlerce gen buldular. Bu genlerden birini daha fazla araştırmaya karar verdiler – SSTR2 – insan nöronlarında daha güçlü bir şekilde ifade edilen ve somatostatin adı verilen bir nörotransmiter için bir reseptör işlevi gören. Daha sonra insan ve şempanze hücreleri arasında yapılan karşılaştırmalarda, araştırmacılar bu yüksek protein ekspresyonunu doğruladı. SSTR2 insan kortikal hücrelerinde. Dahası, araştırmacılar şempanze hücrelerini ve insan hücrelerini şempanze hücrelerine bağlanan küçük moleküllü bir ilaca maruz bıraktıklarında SSTR2insan nöronlarının ilaca şempanze hücrelerinden çok daha fazla tepki verdiğini buldular.

Bu, kortikal devrelerdeki insan nöronlarının aktivitesinin nörotransmiterler tarafından değiştirilebileceği bir yol önermektedir. İlginç bir şekilde, bu nöromodülatör aktivite, hastalıkla da ilişkili olabilir, çünkü SSTR2 beyin hastalığına karıştığı gösterilmiştir.

Pașca, “Primat beyninin evrimi, belirli koşullar altında bozulabilen ve nöropsikiyatrik hastalığa yatkınlığı artırabilen sinir devrelerine karmaşık nöromodülatör özellikler eklemeyi içeriyor olabilir” dedi.

Fraser, bu sonuçların esasen “bu kaynaşmış hücrelerde gördüğümüz aktivitenin aslında hücresel fizyolojiyle alakalı olduğunun bir kavram kanıtı” olduğunu söyledi.

Aşırı farklılıkları araştırmak

Yayınlanan deneyler için Ekip, kaynaşmış hücrelerini kafatasında ve yüzde kemiklere ve kıkırdağa yol açan kraniyal nöral krest hücrelerine dönüştürdü ve yüz görünümünü belirledi.

“Bu tür hücrelerle ilgileniyorduk çünkü yüz farklılıkları, insanlar ve şempanzeler arasındaki en uç anatomik farklılıklardan bazıları olarak kabul ediliyor – ve bu farklılıklar aslında davranışımızın ve evrimin beslenme, duyularımız, beyin genişlemesi ve konuşma gibi diğer yönlerini etkiliyor. Fraser laboratuarında doktora sonrası araştırmacı ve derginin baş yazarı David Gokhman “dedi. “Ayrıca insanlarda en sık görülen doğumsal hastalıklar yüz yapısıyla ilgilidir.”

Araştırmacılar, kaynaşmış hücrelerde, hücrelerin şempanze genlerinde insan genlerindekinden çok daha aktif olan bir gen ekspresyon yolu belirlediler. EVC2 şempanzelerde altı kat daha aktif görünüyor. Mevcut araştırmalar, aktif olmayan kişilerin EVC2 genlerin diğerlerinden daha düz yüzleri vardır, bu da bu genin insanların neden diğer primatlardan daha düz yüzlere sahip olduğunu açıklayabileceğini düşündürmektedir.

Dahası, araştırmacılar hareketsizlikle ilişkili 25 gözlemlenebilir yüz özelliğinin olduğunu belirlediler. EVC2 insanlar ve şempanzeler arasında gözle görülür derecede farklıdır ve bunlardan 23’ü, araştırmacıların tahmin edeceği yönde farklıdır. EVC2 insanlarda aktivite. Araştırmacıların aktivitesini azalttığı takip deneylerinde EVC2 farelerde kemirgenler de daha düz yüzler geliştirdi.

Araç kutusundaki başka bir araç

Bu yeni deneysel platform, mevcut hücre karşılaştırma çalışmalarının yerini almayı amaçlamıyor, ancak araştırmacılar, insan evrimi ve genel olarak evrim hakkında birçok yeni bulguyu destekleyeceğini umuyor.

Fraser, “İnsan gelişimi ve insan genomu çok iyi incelenmiştir” dedi. “Laboratuvarım insan evrimiyle çok ilgileniyor, ancak böylesine zengin bir bilgi birikimi üzerine inşa edebileceğimiz için, bu çalışma aynı zamanda evrim sürecine daha geniş kapsamlı yeni bakış açıları ortaya çıkarabilir.”

Fraser laboratuvarı, benzersiz insan özellikleriyle ilgili çalışmalarını genişletmek için, kaynaşmış hücreleri kas hücreleri, diğer nöron türleri, deri hücreleri ve kıkırdak gibi diğer hücre türlerine ayırmaya çalışıyor. Bu arada Pașca laboratuvarı, astrositlerle ilgili genetik farklılıkları araştırmakla ilgileniyor – merkezi sinir sistemindeki büyük, çok işlevli hücreler, bilim adamları tarafından flaşör nöronlar lehine genellikle göz ardı ediliyor.

“İnsanlar genellikle nöronların nasıl evrimleştiğini düşünürken, astrositlerin evrim sırasında nasıl değiştiğini küçümsememeliyiz. İnsan astrositleri ile diğer primatlardaki astrositler arasındaki boyut farkı tek başına muazzamdır ”dedi. “Akıl hocam, merhum Ben Barres, astrositleri ‘insanlığın temeli’ olarak nitelendirdi ve kesinlikle onun bir şeyin peşinde olduğunu düşünüyoruz.”

Referanslar:

17 Mart 2021, Doğa.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03343-3

Ek Stanford ortak yazarları Doğa makale, eski araştırma görevlisi Danqiong Sun, doktora sonrası akademisyen Fikri Birey, kıdemli araştırma bilimcisi Se-Jin Yoon, doktora sonrası akademisyen Yuki Miura ve eski araştırma görevlisi Karen Sabatini’dir.

Bu çalışma bir Stanford Bio-X Disiplinlerarası Girişimler Tohum Hibe, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Savunma Bakanlığı, Stanford Hesaplamalı, Evrimsel ve İnsan Genomisi Merkezi, Stanford Tıp Dekanı Bursu, MCHRI, Amerikan Epilepsi Derneği tarafından finanse edildi. Stanford Wu Tsai Neurosciences Institute’un Beyin Gençleştirme ve İnsan Beyni Organogenezi üzerine Büyük Fikir Bağışları, Kwan Araştırma Fonu, New York Kök Hücre Robertson Araştırmacı Ödülü ve Chan Zuckerberg Ben Barres Araştırmacı Ödülü.

Ek Stanford ortak yazarları Doğa Genetiği yüksek lisans öğrencisi Maia Kinnebrew; eski lisans öğrencisi Wei Gordon; eski teknisyen Danqiong Sun; doktora sonrası araştırma görevlileri Vivek Bajpai ve Sahin Naqvi; Beşeri Bilimler ve Bilimler Fakültesi’nden Michelle ve Kevin Douglas Profesörü Dmitri Petrov; Lorry Lokey Profesörü ve gelişimsel biyoloji profesörü Joanna Wysocka; ve biyokimya ve tıp doçenti Rajat Rohatgi. California Üniversitesi, San Francisco’dan araştırmacılar; Michigan Üniversitesi, Ann Arbor; Yerkes Ulusal Primat Araştırma Merkezi; Emory Üniversitesi Tıp Fakültesi; ve Pennsylvania Üniversitesi de ortak yazardır.

Bu çalışma Human Frontier, Rothschild ve Zuckerman bursları ve Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edildi.

Fraser, Stanford Bio-X, Anne ve Çocuk Sağlığı Araştırma Enstitüsü (MCHRI) ve Stanford Kanser Enstitüsü üyesidir. Pașca, Stanford Bio-X, MCHRI ve Wu Tsai Neurosciences Institute üyesidir ve Stanford ChEM-H öğretim üyesidir.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.