Die Evolution des menschlichen Gehirns entschlüsseln – Neurowissenschaftliche Nachrichten

Zusammenfassung: Forscher haben bei der Untersuchung der Entwicklung des menschlichen Gehirns eine wichtige Entdeckung gemacht und Epiregulin als Schlüsselfaktor für die Expansion des menschlichen Neokortex identifiziert. Durch den Vergleich der Gehirnentwicklung von Mäusen und Menschen und die Verwendung von 3D-Gehirnorganoiden stellte das Team fest, dass Epiregulin die Teilung und Expansion von Stammzellen fördert, was für die Entwicklung des Neokortex von entscheidender Bedeutung ist.

Diese Studie, die modernste 3D-Kulturtechnologie nutzte, legt nahe, dass es die Menge an Epiregulin ist und nicht seine Anwesenheit oder Abwesenheit, die die menschliche Gehirnentwicklung von der anderer Arten, einschließlich Primaten wie Gorillas, unterscheidet. Die Forschung liefert neue Erkenntnisse darüber, was das menschliche Gehirn einzigartig macht, und unterstreicht den Wert innovativer Methoden für das Verständnis komplexer Evolutionsprozesse.

Wichtige Fakten:

1. Die Rolle von Epiregulin bei der Gehirnexpansion: Epiregulin fördert die Ausbreitung von Stammzellen im sich entwickelnden Gehirn und trägt so zur Komplexität und Größe des menschlichen Neokortex bei.
2. 3D-Gehirnorganoide als Forschungsinstrument: Die Studie nutzte 3D-Gehirnorganoide, um die Entwicklung des menschlichen Gehirns nachzuahmen und so einen tiefen Einblick in die Zellmechanik ohne den Einsatz invasiver Methoden zu ermöglichen.
3. Menge über Existenz: Die Forschung legt nahe, dass Menschen und andere Primaten, einschließlich Gorillas, das Epiregulin-Gen besitzen, der Grad seiner Expression beim Menschen ist jedoch entscheidend für die Entwicklung unseres Neocortex.

Quelle: Entwickeln

Was macht uns zu Menschen? Laut Neurobiologen ist es unser Neocortex. Diese äußere Schicht des Gehirns ist reich an Neuronen und ermöglicht es uns, abstrakt zu denken, Kunst zu schaffen und komplexe Sprachen zu sprechen.

Ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Marike Albert am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) der TU Dresden hat einen neuen Faktor identifiziert, der möglicherweise zur Erweiterung des Neokortex beim Menschen beigetragen hat.

Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Embu-Magazin.

Der Neokortex ist die charakteristische gefaltete Außenschicht des Gehirns, die einer Walnuss ähnelt. Es ist für höhere kognitive Funktionen wie abstraktes Denken, Kunst und Sprache verantwortlich.

„Der Neocortex ist der zuletzt entwickelte Teil des Gehirns“, sagt Dr. Marek Albert, Leiter der Forschungsgruppe am CRTD.

„Alle Säugetiere haben einen Neocortex, aber sie variieren in Größe und Komplexität. Der Neocortex von Menschen und Primaten hat Falten, während Mäuse beispielsweise einen völlig glatten Neocortex haben, ohne Falten.“

Die charakteristischen Falten des menschlichen Gehirns vergrößern die Oberfläche des Neocortex. Der menschliche Neocortex enthält eine größere Anzahl von Neuronen, die komplexe kognitive Funktionen unterstützen.

Die molekularen Mechanismen, die die Entwicklung des Neokortex vorantreiben, sind noch weitgehend unbekannt. „Welche Gene sind für Unterschiede zwischen den Arten in der Größe des Neokortex verantwortlich? Welche Faktoren haben zur Expansion des menschlichen Gehirns beigetragen? Die Beantwortung dieser Fragen ist entscheidend für das Verständnis der Evolution des menschlichen Gehirns und die Behandlung möglicher psychischer Störungen“, erklärt Dr. Alpert.

Die Kraft der Gehirnorganoide

Um nach Faktoren zu suchen, die die Gehirnexpansion beeinflussen, verglich Alberts Gruppe die sich entwickelnden Gehirne von Mäusen und Menschen.

„Stammzellen bei Mäusen teilen sich nicht so stark und produzieren nicht so viele Neuronen wie bei Primaten. Menschen hingegen haben eine große Anzahl von Stammzellen im sich entwickelnden Gehirn. Dieser breite Pool an Stammzellen liegt dem zugrunde.“ Erhöhung der Anzahl der Stammzellen“, erklärt Dr. Albert. Neurowissenschaften und Gehirngröße.

Das Team fand einen Wirkstoff, der beim Menschen, aber nicht bei Mäusen vorkommt. Mithilfe der 3D-Zellkulturtechnologie testete das Team, ob der neu identifizierte Faktor die Expansion des Neokortex beeinflussen könnte.

„Dank der mit dem Nobelpreis 2012 ausgezeichneten Forschung ist es möglich geworden, jede Zelle in eine Stammzelle umzuwandeln. Diese Stammzelle kann dann in ein 3D-Gewebe umgewandelt werden, das einem Organ, beispielsweise einem Gehirn, ähnelt. Dr. Albert erklärt, dass menschliche Stammzellen es ermöglichen, Entwicklung und Krankheit direkt im menschlichen Gewebe zu untersuchen.

Diese 3D-Gehirnkulturen oder Gehirnorganoide ähneln für das ungeübte Auge möglicherweise nicht den Gehirnen, ahmen jedoch die zelluläre Komplexität sich entwickelnder Gehirne nach. „Die meisten Zelltypen sind im sich entwickelnden Gehirn vorhanden. Sie interagieren, senden Signale und sind ähnlich angeordnet wie im echten menschlichen Gehirn“, sagt Dr. Albert.

Anhand von 3D-Gehirnorganoiden konnte die Gruppe zeigen, dass der Wachstumsfaktor Epiregulin tatsächlich die Teilung und Expansion von Stammzellen im sich entwickelnden Gehirn fördert.

Auf die Menge kommt es an

„Da wir wussten, dass Epiregulin die Expansion menschlicher neokortikaler Stammzellen stimuliert, haben wir uns das Gen angesehen, das für Epiregulin kodiert, und versucht, es im Evolutionsbaum zurückzuverfolgen“, sagt Studienleiterin Paula Cubillos, Doktorandin am CRTD. Das Gen ist nicht auf den Menschen beschränkt, sondern kommt auch bei anderen Primaten und sogar Mäusen vor.

„Im sich entwickelnden Mausgehirn wird Epiregulin jedoch nicht produziert, da das Gen dauerhaft ausgeschaltet ist und nicht verwendet wird. Uns ging es darum zu verstehen, ob es Unterschiede in der Wirkungsweise von Epiregulin beim Menschen und bei anderen Primaten gibt.“

Die Forscher wandten sich erneut der 3D-Kulturtechnologie zu. Mithilfe von Gorilla-Stammzellen stellten Forscher Organoide des Gorilla-Gehirns her. „Gorillas sind eine vom Aussterben bedrohte Art. Wir wissen sehr wenig über ihre Gehirnentwicklung. Aus Stammzellen hergestellte Organoide bieten eine Möglichkeit, ihre Gehirnentwicklung zu untersuchen, ohne überhaupt mit der Art zu interagieren“, sagt Dr. Albert.

Durch den Vergleich der Wirkung von Epiregulin in Organoiden des Gehirns von Menschen und Gorillas stellte das Team fest, dass die Zugabe von Epiregulin zu Organoiden des Gehirns von Gorillas die Stammzellenexpansion steigern kann. Allerdings hatte die Zugabe von mehr Epiregulin zu Organoiden des menschlichen Gehirns nicht den gleichen Effekt. Dies kann daran liegen, dass sich der menschliche Neocortex bereits sehr stark ausgedehnt hat.

„Im Gegensatz zu zuvor identifizierten Faktoren scheint Epiregulin per se nicht nur beim Menschen vorzukommen. Stattdessen scheint die Menge des Wachstumsfaktors der entscheidende Regulator der Artenunterschiede zu sein.“

Diese Studie erweitert nicht nur unser Verständnis der Einzigartigkeit des Menschen, sondern unterstreicht auch die Bedeutung neuer Technologien, die ethische, nicht-invasive Ergänzungen zur Tierforschung bieten.

Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit dem King's College London, der Medizinischen Fakultät Carl Gustav Carus der TU Dresden, dem Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik und der Medizinischen Hochschule Hannover durchgeführt.

Über neurowissenschaftliche Forschung und Neuigkeiten zur Evolution

Autor: Magdalena Gonciarz
Quelle: Entwickeln
Kommunikation:Magdalena Gonciarz – TUD
Bild: Bildquelle: Neuroscience News

Ursprüngliche Suche: Offener Zugang.
„Der Wachstumsfaktor EPIREGULIN fördert die basale Vorläuferproliferation im sich entwickelnden Neokortex„Von Marieke Albert et al. Embu-Magazin

eine Zusammenfassung

Der Wachstumsfaktor EPIREGULIN fördert die basale Vorläuferproliferation im sich entwickelnden Neokortex

Die Expansion des Neocortex während der Entwicklung ist mit einer größeren Anzahl von Neuronen verbunden, was vermutlich auf eine erhöhte Proliferationskapazität und ein neuroprotektives Potenzial basaler Vorläuferzellen während der Entwicklung zurückzuführen ist.

Das zeigen wir hier Erg, das den Wachstumsfaktor EPIREGULIN kodiert, wird im sich entwickelnden menschlichen Neocortex und in Gorilla-Zerebralorganoiden exprimiert, jedoch nicht im Neocortex der Maus. Die Zugabe von EPIREGULIN zum Neocortex der Maus erhöht die Proliferation basaler Vorläuferzellen Erg Die Ablation menschlicher kortikaler Organe reduziert die Proliferation in der subventrikulären Zone.

Die Behandlung kortikaler Organoide mit EPIREGULIN fördert die verstärkte Proliferation von Gorilla-, jedoch nicht von menschlichen basalen Vorläuferzellen. EPIREGULIN konkurriert mit dem epidermalen Wachstumsfaktor (EGF) um die Förderung der Proliferation, und die Hemmung des EGF-Rezeptors hebt den EPIREGULIN-vermittelten Anstieg der basalen Vorläuferzellen auf.

Schließlich identifizieren wir mutmaßliche cis-regulatorische Elemente, die zu den beobachteten Unterschieden zwischen den Arten beitragen können Erg ausdrücken.

Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die artspezifische Regulierung der EPIREGULIN-Expression zur Vergrößerung des Neocortex von Primaten beitragen kann, indem sie den basalen Vorläuferzellen in der subventrikulären Zone ein einstellbares proliferatives Signal liefert.