اكتشف باحثون من دريسدن إنتاجًا أكبر من الخلايا العصبية في الفص الجبهي أثناء نمو الدماغ لدى البشر المعاصرين مقارنة بإنسان نياندرتال ، وذلك بسبب تغيير حمض أميني واحد في البروتين TKTL1.
[21 سبتمبر 2022: كاترين بوز ، معهد ماكس بلانك لبيولوجيا الخلايا الجزيئية وعلم الوراثة (MPI-CBG)]
د.سالم موسى القحطاني
______________________
اكتشف باحثون من دريسدن إنتاجًا أكبر من الخلايا العصبية في الفص الجبهي أثناء نمو الدماغ لدى البشر المعاصرين أكثر من إنسان نياندرتال. (الائتمان: المشاع الإبداعي)
اكتشف باحثون من دريسدن إنتاجًا أكبر من الخلايا العصبية في الفص الجبهي أثناء نمو الدماغ لدى البشر المعاصرين مقارنة بإنسان نياندرتال ، وذلك بسبب تغيير حمض أميني واحد في البروتين TKTL1.
لطالما كان السؤال حول ما الذي يجعل الإنسان الحديث فريدًا من نوعه قوة دافعة للباحثين. لذا فإن المقارنات مع أقرب أقربائنا ، إنسان نياندرتال ، تقدم رؤى رائعة. تعتبر الزيادة في حجم الدماغ ، وفي إنتاج الخلايا العصبية أثناء نمو الدماغ ، من العوامل الرئيسية لزيادة القدرات المعرفية التي حدثت أثناء التطور البشري.
ومع ذلك ، في حين أن كلاً من إنسان نياندرتال والإنسان الحديث يطوران أدمغة من نفس الحجم ، لا يُعرف سوى القليل جدًا عما إذا كانت أدمغة الإنسان الحديث وأدمغة النياندرتال قد اختلفت من حيث إنتاج الخلايا العصبية أثناء التطور.
أظهر باحثون من معهد ماكس بلانك لبيولوجيا الخلايا الجزيئية وعلم الوراثة (MPI-CBG) في دريسدن الآن أن البديل البشري الحديث للبروتين TKTL1 ، والذي يختلف فقط بحمض أميني واحد من متغير إنسان نياندرتال ، يزيد نوعًا واحدًا من سلف الدماغ تسمى الخلايا الدبقية القاعدية الشعاعية في الدماغ البشري الحديث. تولد الخلايا الدبقية القاعدية الشعاعية غالبية الخلايا العصبية في القشرة المخية الحديثة النامية ، وهي جزء من الدماغ مهم للعديد من القدرات المعرفية.
نظرًا لأن نشاط TKTL1 مرتفع بشكل خاص في الفص الأمامي للدماغ البشري للجنين ، فقد خلص الباحثون إلى أن هذا الاستبدال الفردي للأحماض الأمينية الخاصة بالإنسان في TKTL1 يكمن وراء إنتاج أكبر من الخلايا العصبية في الفص الجبهي النامي للقشرة المخية الحديثة في البشر المعاصرين أكثر من إنسان نياندرتال.فقط عدد قليل من البروتينات له اختلافات في تسلسل الأحماض الأمينية - اللبنات الأساسية للبروتينات - بين البشر المعاصرين وأقاربنا المنقرضين ، النياندرتال ودينيسوفان.
إن الأهمية البيولوجية لهذه الاختلافات لتطور دماغ الإنسان الحديث غير معروفة إلى حد كبير. في الواقع ، يتميز كل من البشر المعاصرين والنياندرتال بوجود دماغ ، ولا سيما القشرة المخية الحديثة ، بحجم مماثل ، ولكن ما إذا كان حجم القشرة المخية الحديثة هذا يشير إلى عدد مماثل من الخلايا العصبية لا يزال غير واضح.تم إجراء الدراسة الأخيرة لمجموعة أبحاث Wieland Huttner ، أحد المديرين المؤسسين لمعهد Max Planck لبيولوجيا الخلايا الجزيئية وعلم الوراثة (MPI-CBG) في دريسدن ، بالتعاون مع Svante Pääbo ، مدير معهد Max Planck لـ الأنثروبولوجيا التطورية في لايبزيغ ، وبولين ويمبيرغر من مستشفى جامعة دريسدن وزملاؤهما ، يعالجون هذا السؤال فقط.
يركز الباحثون على أحد هذه البروتينات التي تقدم تغيرًا واحدًا في الأحماض الأمينية في جميع البشر المعاصرين بشكل أساسي مقارنةً بالنياندرتال ، وهو البروتين الشبيه بـ transketolase 1 (TKTL1). على وجه التحديد ، في البشر المعاصرين ، يحتوي TKTL1 على أرجينين في موضع التسلسل المعني ، بينما في Neandertal TKTL1 هو حمض أميني ليسين مرتبط.تمت إعادة بناء أدمغة إنسان نياندرتال بناءً على جماجم أحفورية مقارنة بأدمغة الإنسان العاقل المبكر. (الائتمان: جامعة كيو)
في القشرة المخية الحديثة للجنين ، تم العثور على TKTL1 في الخلايا السلفية القشرية الحديثة ، وهي الخلايا التي تشتق منها جميع الخلايا العصبية القشرية. والجدير بالذكر أن مستوى TKTL1 هو الأعلى في الخلايا السلفية للفص الجبهي.يؤدي TKTL1 البشري الحديث ، ولكن ليس Neandertal TKTL1 ، إلى المزيد من الخلايا العصبية في القشرة المخية للفأر الجنيني
أنلين بينسون ، المؤلف الرئيسي للدراسة والباحث في مجموعة Wieland Huttner ، شرع في التحقيق في أهمية تغيير الأحماض الأمينية هذا لتطوير القشرة المخية الحديثة.قدمت أنيلين وزملاؤها إما الإنسان الحديث أو البديل النياندرتالي لـ TKTL1 في القشرة المخية الحديثة لأجنة الفئران. لاحظوا أن الخلايا الدبقية الشعاعية القاعدية ، وهي نوع من أسلاف القشرة المخية الحديثة التي يُعتقد أنها القوة الدافعة لدماغ أكبر ، زادت مع البديل البشري الحديث لـ TKTL1 ولكن ليس مع متغير نياندرتال. نتيجة لذلك ، احتوت أدمغة أجنة الفئران مع TKTL1 البشري الحديث على المزيد من الخلايا العصبية.
المزيد من الخلايا العصبية في الفص الجبهي للإنسان الحديث
بعد ذلك ، استكشف الباحثون أهمية هذه التأثيرات في نمو الدماغ البشري. تحقيقا لهذه الغاية ، قاموا باستبدال الأرجينين في الإنسان الحديث TKTL1 بخاصية اللايسين Neandertal TKTL1 ، باستخدام عضيات الدماغ البشري - هياكل مصغرة تشبه الأعضاء يمكن زراعتها من الخلايا الجذعية البشرية في أطباق زراعة الخلايا في المختبر والتي تحاكي الجوانب تطور الدماغ البشري المبكر.تقول أنلاين بينسون: "وجدنا أنه مع نوع Neandertal من الأحماض الأمينية في TKTL1 ، تم إنتاج عدد أقل من الخلايا الدبقية الشعاعية القاعدية مقارنة بالنوع البشري الحديث ، ونتيجة لذلك ، عدد أقل أيضًا من الخلايا العصبية". "هذا يوضح لنا أنه على الرغم من أننا لا نعرف عدد الخلايا العصبية التي يمتلكها دماغ إنسان نياندرتال ، يمكننا أن نفترض أن البشر المعاصرين لديهم عدد أكبر من الخلايا العصبية في الفص الجبهي للدماغ ، حيث يكون نشاط TKTL1 أعلى من إنسان نياندرتال".
تمت إعادة بناء أدمغة إنسان نياندرتال بناءً على جماجم أحفورية مقارنة بأدمغة الإنسان العاقل المبكر. (الائتمان: جامعة كيو
وجد الباحثون أيضًا أن TKTL1 البشري الحديث يعمل من خلال التغيرات في التمثيل الغذائي ، وتحديداً تحفيز مسار فوسفات البنتوز متبوعًا بزيادة تخليق الأحماض الدهنية.بهذه الطريقة ، يُعتقد أن TKTL1 البشري الحديث يزيد من تخليق بعض الدهون الغشائية اللازمة لتوليد العملية الطويلة من الخلايا الدبقية القاعدية الشعاعية التي تحفز تكاثرها ، وبالتالي ، لزيادة إنتاج الخلايا العصبية.
يلخص ويلاند هوتنر ، الذي أشرف على الدراسة: "تشير هذه الدراسة إلى أن إنتاج الخلايا العصبية في القشرة المخية الحديثة أثناء نمو الجنين يكون أكبر في البشر المعاصرين مما كان عليه في البشر البدائيين ، ولا سيما في الفص الجبهي". "من المغري التكهن بأن هذا عزز القدرات المعرفية البشرية الحديثة المرتبطة بالفص الجبهي."
Modern humans generate more brain neurons than Neandertals (thebrighterside.news)
