Ano ang Ginagawa Nating Tao? Ipinapakita ng Isang Bagong Likas na Paghahambing ang Hitsura ng Utak at Mukha ng Tao

Ang isang bagong diskarte sa pagmomodelo ng genetiko na binuo sa Stanford ay nagbibigay-daan sa maingat na pagsasaliksik sa paglitaw ng utak at mukha ng tao.

Sa isang bilang ng mga pag-aaral, inihambing ng mga mananaliksik ang regulasyon ng genetiko na nauugnay sa paglago ng utak at mukha sa mga tao at unggoy na gumagamit ng isang bagong pamamaraan. Sa bawat kaso, kinuha nila ito, sa kabila ng mga hadlang na hindi natin maiisip kung paano. “

Ang isa sa mga pinakamahusay na paraan upang malaman ang tungkol sa ebolusyon ng tao ay upang ihambing ito sa mga species na hindi pang-tao, na nagsasalita tungkol sa ebolusyon, na kung saan ay napaka-kaugnay sa amin. Ang kalapit na lapit na iyon ay maaaring makatulong sa mga siyentipiko na paliitin ang agwat sa pagitan natin at ng mga tao, ngunit ang distansya na iyon ay napakaliit upang maging tumpak. Upang matugunan ang isyung ito, ang mga mananaliksik mula sa Stanford University ay nakabuo ng isang bagong pamamaraan ng paghahambing sa genetiko.

Sa pamamagitan ng dalawang magkakaibang hanay ng mga eksperimento sa ganitong paraan, natuklasan ng mga mananaliksik ang mga bagong pagkakaiba ng genetiko sa pagitan ng mga tao at chimpanzees. Natagpuan nila ang makabuluhang pagkakaiba sa pagpapahayag ng genetiko SSTR2 – binabago ang pagpapaandar ng mga neuron sa cerebral cortex at naiugnay, sa mga tao, sa ilang mga neuropsychiatric disorders tulad ng Alzheimer demensya at schizophrenia – at predisposisyon ng genetiko EVC2, na nauugnay sa ekspresyon ng mukha. Ang mga resulta ay nai-publish Marso 17 sa Kalikasan at Kapaligirang Genetic, ayon sa pagkakabanggit.

Cortical Spheroids of Man

Ang imahe, mula sa nakaraang pagsasaliksik, ng pantao cortical spheroids batay sa lupon ng Sergiu Pașca, isang pinagsamang psychologist at psychiatrist. Utang: Timothy Archibald

“Mahalagang pag-aralan ang ebolusyon ng tao, hindi lamang upang maunawaan ang ating pinagmulan, ngunit upang malaman din kung bakit ang mga tao ay madaling kapitan ng maraming sakit na hindi alam ng iba pang mga species,” sabi ni Rachel Agoglia, isang kamakailan-lamang na nagtapos na mag-aaral ng Stanford at nangungunang may-akda. Kalikasan papel.

Ang Kalikasan Ang mga detalye sa papel ng bagong proseso na ito, na nagsasangkot sa paghahalo ng mga cell ng balat ng tao sa mga chimpanzees na na-program upang kumilos bilang mga stem cell – ang pinakamahina na mga cell ay maaaring maproseso sa iba pang mga uri ng mga cell (o hindi ang buong katawan).

“Ang mga cell na ito ay nagsisilbing isang napaka-importanteng layunin sa ganitong uri ng pag-aaral sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa amin na tumpak na ihambing ang mga gen ng tao at baboon at ang kanilang mga pagpapaandar sa pagkakahiwalay,” sabi ni Hunter Fraser, associate professor ng biology sa Stanford’s School of Humanities and Science. Si Fraser ang nangungunang may-akda ng Kapaligirang Genetic papel at kapwa may-akda ng Kalikasan papel kasama si Sergiu Pașca, associate professor ng psychiatry at pag-uugali sa Stanford School of Medicine.

Patayin ang mga paghahambing

Ang Fraser Lab ay may interes sa kung paano ihinahambing ang mga gen ng tao at iba pang mga primate sa antas ng mga sangkap na kumokontrol sa cis, na nakakaapekto sa pagpapahayag ng mga katabing gen (matatagpuan sa parehong lugar). DNA Molekyul, o chromosome). Ang iba pang mga kadahilanan – tinaguriang mga kadahilanan sa pagkontrol – ay maaaring makontrol ang pagpapahayag ng malayong mga gen sa iba pang mga chromosome sa ibang lugar sa genome. Dahil sa kanilang malawak na hanay ng mga epekto, ang mga kadahilanan sa pagkontrol (tulad ng mga protina) ay mas malamang na makilala ang pagkakaiba sa pagitan ng mga mas malapit na nauugnay na species kaysa sa mga cis control gen.

Ngunit kahit na ang mga siyentipiko ay nakakahanap ng parehong mga cell mula sa mga tao at unggoy, may panganib na makagambala. Halimbawa, ang mga pagkakaiba sa panahon ng pag-unlad sa pagitan ng mga species ay isang pangunahing hadlang sa pag-aaral ng pag-unlad ng kaisipan, paliwanag ni Pașca. Ito ay dahil ang utak ng tao at utak ng babon ay lumalaki sa ibang-iba ng mga rate at walang direktang paraan upang ihambing sila nang direkta. Sa pamamagitan ng pagpasok ng DNA ng tao at chimpanzee sa parehong cell cell, maaaring mailabas ng mga siyentista ang maraming iba pang mga kumplikado.

Sa unang eksperimento na gamitin ang mga cell na ito, pinagsama ang mga cell ng Agoglia upang mabuo ang mga cortical spheroid o organoids – dose-dosenang mga cell ng utak na malapit na gumaya sa mammalian cerebral cortex. Ang Pașca lab ay nangunguna sa pagbuo ng mga organoids sa utak at assembloids na may layuning pag-aralan kung paano nakakonekta ang utak ng tao at kung paano ang prosesong ito ay napupunta sa mga sakit.

“Hindi maabot ng utak ng tao ang antas ng mga cell at cell sa maraming pagsulong nito, kaya’t ipinakilala namin ang mga cortical spheroid upang matulungan kaming ma-access ang mahahalagang proseso na ito,” sabi ni Pașca, na isa ring Bonnie Uytengsu at Direktor ng Stanford Brain Family Organogenesis.

Tulad ng mga kumpol ng 3D ng mga cell ng utak na lumalaki at umuusbong sa isang sisidlan, ginagaya ng kanilang mga pagpapaandar na genetiko ang nangyayari sa simula ng neurodevelopment sa bawat uri. Sapagkat ang tao at chimpanzee DNA ay pinagsasama-sama sa parehong cell space, ito ay ginawa sa parehong mga kundisyon at lumago sa parehong paraan. Samakatuwid, ang anumang mga pagkakaiba na sinusunod sa pagganap ng genetiko ng dalawa ay maaaring maiugnay sa posibleng mga pagkakaiba sa genetiko sa pagitan ng aming dalawang species.

Sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga organoid ng utak na natagpuan sa pinagsamang mga cell na lumalaki hanggang sa 200 araw, natuklasan ng mga mananaliksik ang libu-libong mga gen na nagpapakita ng mga pagkakaiba sa pagkontrol ng cis sa pagitan ng mga nabubuhay na species. Napagpasyahan nilang ipagpatuloy ang pagsisiyasat sa isa sa mga gen na ito – SSTR2 – Matindi ang ipinahayag sa mga neurons ng tao at pagpapaandar bilang isang receptor ng neurotransmitter na tinatawag na somatostatin. Sa kasunod na mga paghahambing sa pagitan ng mga cell ng tao at chimpanzee, nakumpirma ng mga mananaliksik ang mataas na nilalaman ng protina na ito SSTR2 sa mga selula ng tao sa cortical. Bilang karagdagan, nang ilantad ng mga mananaliksik ang mga cell ng chimpanzee at mga cell ng tao sa isang maliit na maliit na molekula na nagbubuklod sa kanila SSTR2, natagpuan na ang mga neuron ng tao ay mas malakas na tumutugon sa gamot na ito kaysa sa mga cell ng unggoy.

Nagmumungkahi ito ng isang paraan kung saan ang pagpapaandar ng nerve ng tao sa mga cortical circuit ay maaaring mabago ng mga neurotransmitter. Kapansin-pansin, ang pagpapaandar ng neuromodulatory na ito ay maaaring nauugnay sa sakit mula noon SSTR2 ay ipinakita na nasasangkot sa mga sakit sa utak.

“Ang paglitaw ng utak ng primadya ay maaaring kasangkot sa pagpasok ng mga kumplikadong tampok ng neuromodulatory sa mga neural circuit, na sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay maaaring magambala at madagdagan ang saklaw ng mga neuropsychiatric disorders,” sabi ni Pașca.

Sinabi ni Fraser na ang mga resulta na ito, sa katunayan, ay “katibayan ng katotohanang ang pag-andar na nakikita natin sa magkakaugnay na mga cell ay talagang nauugnay sa cellular body.”

Imbistigahan ang matinding pagkakaiba

Ang mga eksperimento na inilathala sa Kapaligirang Genetic, tinipon ng grupo ang mga binubuo nitong mga cell ng cranial neural crest cells, pinalaki ang mga buto at kartilago sa anit at mukha, at natutukoy ang hitsura ng mukha.

“Kami ay interesado sa mga uri ng cell na ito sapagkat ang mga pagkakaiba sa mukha ay itinuturing na labis na pagkakaiba-iba sa genetiko sa pagitan ng mga tao at chimpanzees – at ang mga pagkakaiba na ito ay talagang nakakaapekto sa iba pang mga aspeto ng aming pag-uugali at ebolusyon, tulad ng pagkain, ating pandama, pag-unlad sa kaisipan at pagsasalita,” sinabi Si David Gokhman, isang dalubhasang medikal sa Fraser lab at ang nangungunang may-akda ng Kapaligirang Genetic papel. “Gayundin, ang pinaka-karaniwang mga katutubo na sakit sa mga tao ay nauugnay sa mga tampok sa mukha.”

Sa pinagsamang mga cell, natuklasan ng mga mananaliksik ang isang gene na mas mahusay sa mga chimpanzee genes kaysa sa genome ng tao – isang solong gene, na tinatawag na EVC2, lilitaw na anim na beses na mas malakas kaysa sa mga unggoy. Ang mga umiiral na pag-aaral ay pinapakita na ang mga tao ay walang trabaho EVC2 Ang mga genetika ay may isang malambot na mukha kaysa sa iba, na nagmumungkahi na ang gen na ito ay maaaring ipaliwanag kung bakit ang mga tao ay may isang mas maliwanag na mukha kaysa sa iba pang mga asno.

Bilang karagdagan, napagpasyahan ng mga mananaliksik na 25 mga tampok sa mukha ay naiugnay sa disfungsi EVC2 ay makabuluhang naiiba mula sa mga tao at chimpanzees – at 23 sa kanila ay naiiba mula sa hinuhulaan ng mga mananaliksik, EVC2 trabaho para sa mga tao. Sa isang follow-up na pag-aaral, kung saan binawasan ng mga mananaliksik ang aktibidad ng EVC2 sa mga daga, daga din, bumuo ng isang malambot na mukha.

Isa pang tool sa toolbox

Ang bagong pang-eksperimentong platform na ito ay hindi inilaan upang mapalitan ang mayroon nang mga pag-aaral na naghahambing sa cell, ngunit inaasahan ng mga mananaliksik na susuportahan nito ang maraming mga bagong natuklasan tungkol sa ebolusyon ng tao, at ebolusyon bilang isang kabuuan.

“Ang pag-unlad ng tao at ang genome ng tao ay napag-aralan nang mabuti,” sabi ni Fraser. “Ang aking lab ay interesado sa ebolusyon, ngunit, dahil maaari naming maitayo sa malawak na kaalamang ito, ang gawaing ito ay maaari ring magpakita ng mga bagong pananaw sa proseso ng ebolusyon sa pangkalahatan.”

Sa pagtingin sa unahan, gumagana ang Fraser lab upang makilala ang mga cell mula sa iba pang mga uri ng mga cell, tulad ng mga cell ng kalamnan, iba pang mga uri ng neuron, mga cell ng balat at kartilago upang mapalawak ang kanilang mga pag-aaral ng mga natatanging ugali ng tao. Pansamantala, ang Pașca lab ay interesado sa pag-imbestiga ng pagkakaiba-iba ng genetiko na nauugnay sa astrocyte – malaki, multidisciplinary cells sa gitnang sistema ng nerbiyos na madalas na hindi napapansin ng mga siyentista na pabor sa mga flashier neuron.

“Habang ang mga tao ay may posibilidad na isipin ang tungkol sa kung paano umunlad ang mga neuron, hindi natin dapat maliitin kung paano umunlad ang mga astrosit sa panahon ng ebolusyon. Ang pagkakaiba-iba ng sukat na nag-iisa, malaki sa pagitan ng mga astrosit ng tao at mga astrosit sa ilang mga unggoy, ay napakalaki, “sabi ni Pașca. “Ang tagapayo ko, si yumaong Ben Barres, ay tinawag ang mga astrocytes na ‘human foundation’ at sa palagay namin may natutunan siya.”

Mga Sanggunian:

Ang “fusion cell fusion ay nakakagambala sa pagkakaiba-iba ng genetiko sa neurodevelopment” ni Rachel M. Agoglia, Danqiong Sun, Fikri Birey, Se-Jin Yoon, Yuki Miura, Karen Sabatini, Sergiu P. Pașca at Hunter B. Fraser, Marso 17, 2021, Kalikasan.
SEKSYON: 10.1038 / s41586-021-03343-3

“Ang mga cell na may kapansanan sa tao ay nagpapakita ng mayroon nang pagkakaiba-iba ng pagkontrol ng buto” nina David Gokhman, Rachel M. Agoglia, Maia Kinnebrew, Wei Gordon, Danqiong Sun, Vivek K. Bajpai, Sahin Naqvi, Coral Chen, Anthony Chan, Chider Chen, Dmitri A. Petrov, Nadav Ahituv, Honghao Zhang, Yuji Mishina, Joanna Wysocka, Rajat Rohatgi at Hunter B. Fraser, Marso 17, 2021, Kapaligirang Genetic.
SEKSYON: 10.1038 / s41588-021-00804-3

Mas maraming mga may-akda ng Stanford ng Kalikasan Ang papel ay dating katulong sa pananaliksik na si Danqiong Sun, kamakailang siyentipikong medikal na si Dr. Fikri Birey, senior scientist sa pananaliksik na si Se-Jin Yoon, dating siyentipikong medikal na si Yuki Miura at ang kasamahan niya sa pagsasaliksik na si Karen Sabatini.

Ang gawaing ito ay pinondohan ng Stanford Bio-X Interdisciplinary Initiatives Seed Grant, National Institutes of Health, Department of Defense, Stanford Center for Computational, Evolutionary and Human Genomics, Stanford Medicine’s Dean’s Fellowship, MCHRI, American Epilepsy Society, Bigford Idea Grants ng Stanford Wu Tsai Neurosciences Institute on Brain Rejuvenation at Human Brain Organogenesis, Kwan Research Fund, New York Stem Cell Robertson Investigator Award, at Chan Zuckerberg Ben Barres Investigator Award.

Mas maraming mga may-akda ng Stanford ng Kapaligirang Genetic nagtapos ng mga papeles ng mag-aaral na si Maia Kinnebrew; dating undergraduate na si Wei Gordon; dating dalubhasang Danqiong Sun; mga mananaliksik na postgraduate na sina Vivek Bajpai at Sahin Naqvi; Dmitri Petrov, Propesor ng Michelle at Kevin Douglas sa School of Humanities and Science; Joanna Wysocka, Propesor ng Lorry Lokey at propesor ng agham sa pag-unlad; at Rajat Rohatgi, associate chemist at espesyalista sa medisina. Mga investigator mula sa University of California, San Francisco; University of Michigan, Ann Arbor; Yerkes Environmental Research Center; Emory University School of Medicine; at ang Unibersidad ng Pennsylvania ay kapwa may-akda.

Ang proyekto ay na-sponsor ng pakikipagtulungan ng Human Frontier, Rothschild at Zuckerman, pati na rin ang National Institutes of Health.

Si Fraser ay kasapi ng Stanford Bio-X, ang Maternal & Child Health Research Institute (MCHRI), at ang Stanford Cancer Institute. Si Pașca ay kasapi ng Stanford Bio-X, MCHRI at ng Wu Tsai Neurosciences Institute, at kasamahan ni Stanford ChEM-H.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.