Модель показала, почему мозг человека больше, чем у обезьян

При рождении в мозге человека примерно в три раза больше нейронов, чем у новорожденных шимпанзе и горилл, хотя у нас и приматов схожие сроки беременности. Чтобы понять, почему это произошло, ученые из Лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже, Великобритания, вырастили миниатюрные органоиды мозга. Так они имитировали развитие органов обезьян и человека. Подробности работы опубликованы в журнале Cell.

Для начала ученые собрали нейроны гориллы, шимпанзе и человека и генетически перепрограммировали их так, чтобы те напоминали клетки эмбрионов, то есть индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПКС). «Мы как бы обманули их и заставили думать, что они вновь эмбриональные», — объяснила Мэдлин Ланкастер, руководитель исследования.

Затем команда вырастила органоиды, используя иПКС. Подобно настоящему, модель человеческого мозга выросла больше, чем у горилл и шимпанзе, через два дня. К пяти неделям органоиды человеческого мозга были примерно в два раза больше, размером около четырех миллиметров в поперечнике.

«Ранняя стадия развития обычно недоступна, — рассказала Ланкастер. — Это что-то вроде черного ящика в биологии человека. К тому же мы очень мало знаем об этой стадии у горилл и шимпанзе. Обычно мы даже не знаем, беременна ли горилла так рано».

Затем исследователи проанализировали гены в органоидах мозга и обнаружили различия в экспрессии гена ZEB2. Органоиды гориллы и шимпанзе включали его раньше, чем человеческие. Оказалось, ZEB2 контролирует форму и подвижность клеток-предшественников нейронов. По сути, когда он включен, предшественники перестают размножаться раньше. Человеческие клетки включают этот ген позже и дольше находятся в состоянии предшественников. Благодаря этому в процессе развития эмбриона нейронов становится больше — и увеличивается размер мозга.

Чтобы убедиться, что ZEB2 ответственен за рост мозга, команда включила его раньше в органоидах человека, а позже — в органоидах гориллы. В итоге человеческие клетки стали похожи на клетки обезьян — и наоборот. Ученые отметили, что выращенные органоиды — лишь модель, поэтому они не имитируют работу реального мозга. Однако их достаточно, чтобы исследовать ключевые стадии развития этого органа.