Stanford-studie: Menneskehjernen er to organer smeltet sammen gjennom evolusjon

En studie publisert i Nature Neuroscience den 18. september har snudd opp-ned på en grunnleggende antakelse innen nevrovitenskap: Menneskehjernen, som lenge har blitt behandlet som ett enkelt organ med et felles utviklingsmessig opphav, ser ut til å være to eldgamle nervesystemer som har smeltet sammen gjennom mer enn 500 millioner år med evolusjon.sciencedaily

Forskere ved Stanford Medicine fant at forhjernen og midthjernen oppstår fra én progenitor-cellepopulasjon, mens bakhjernen utvikler seg fra en helt separat type tidlig celle. De to systemene følger distinkte utviklingsveier fra de tidligste stadiene av fosterutviklingen og overlapper aldri.sciencedaily

"Vi har for første gang vist at den fremre delen av hjernen oppstår fra en helt annen progenitor-celle enn den bakre delen av hjernen," sier Kyle Loh, førsteamanuensis i utviklingsbiologi og studiens seniorforfatter.iosconews+1

To systemer, to oppgaver

Forhjernen støtter høyere kognitive evner, inkludert språk, bevissthet og abstrakt resonnering. Bakhjernen, ofte kalt hjernestammen, kontrollerer automatiske overlevelsesfunksjoner som pust, hjerterytmeregulering, søvn og sult.sciencedaily

Forskerne studerte utviklende museembryoer og identifiserte at progenitorer for forhjernen og midthjernen uttrykker et gen kalt Otx2, mens en separat populasjon som uttrykker Gbx2 gir opphav til bakhjernen. Analyse av kromatin, materialet som pakker DNA inne i celler, bekreftet at de to populasjonene er forpliktet til separate utviklingsveier fra starten av.sciencedaily

Et gjennombrudd for sykdomsforskning

Oppdagelsen løste et langvarig laboratorieproblem. I flere tiår hadde forskere ikke klart å dyrke menneskelige bakhjerne-nevroner in vitro, sannsynligvis fordi de prøvde å konvertere forhjerneprogenitorer til bakhjerneceller, noe studien viser ikke er mulig.sciencedaily

Bevæpnet med den nye forståelsen, klarte teamet for første gang å veilede menneskelige pluripotente stamceller til funksjonelle motoriske nevroner i bakhjernen. De laboratoriedyrkede cellene produserte elektriske signaler og laget proteiner assosiert med spesifikke bakhjerneregioner som kontrollerer ansikts- og svelgemuskler.sciencedaily

Fremskrittet åpner nye veier for å studere sykdommer som skader hjernestammen, inkludert amyotrofisk lateralsklerose (ALS) og spinal muskelatrofi, en ledende genetisk dødsårsak hos barn under ett år.sciencedaily

Et eldgammelt evolusjonært mønster

Teamet sporet mønsteret med to opphav i hjernen gjennom 550 millioner år med evolusjonshistorie, og fant den samme ordningen hos kyllinger, sebrafisk og eikenøttormer, små havbunnsdyr som deler en fjern felles forfar med mennesker.iosconews+1

"Forskningen vår tyder på at evolusjonen tok to eksisterende nervesystemer og presset dem sammen romlig," sa Loh. "Å ha hjernen som ett organ ville sannsynligvis vært mer effektivt, men vi er avhengige av denne primordiale måten å lage hjernen på som to separate deler."sciencedaily