Stanford: Mänskliga hjärnan är två organ som smält samman genom evolutionen

En studie publicerad i Nature Neuroscience den 18 september har kullkastat en grundläggande antagelse inom neurovetenskapen: den mänskliga hjärnan, som länge betraktats som ett enskilt organ med ett gemensamt utvecklingsursprung, verkar bestå av två urgamla nervsystem som smält samman under mer än 500 miljoner år av evolution.sciencedaily

Forskare vid Stanford Medicine fann att framhjärnan och mitthjärnan uppstår från en progenitorcellpopulation, medan bakhjärnan utvecklas från en helt separat typ av tidig cell. De två systemen följer distinkta utvecklingsvägar från de tidigaste stadierna av embryonal utveckling och överlappar aldrig.sciencedaily

"Vi har för första gången visat att hjärnans främre del uppstår från en helt annan progenitorcell än hjärnans bakre del," säger Kyle Loh, docent i utvecklingsbiologi och studiens huvudförfattare.iosconews+1

Två system, två uppgifter

Framhjärnan stödjer högre kognitiva förmågor inklusive språk, medvetande och abstrakt tänkande. Bakhjärnan, ofta kallad hjärnstammen, kontrollerar automatiska överlevnadsfunktioner såsom andning, hjärtrytm, sömn och hunger.sciencedaily

Forskarna studerade utvecklande musembryon och identifierade att framhjärnans och mitthjärnans progenitorer uttrycker en gen kallad Otx2, medan en separat population som uttrycker Gbx2 ger upphov till bakhjärnan. Analys av kromatin, materialet som packar DNA inuti celler, bekräftade att de två populationerna är låsta vid separata utvecklingsvägar från början.sciencedaily

Ett genombrott för sjukdomsforskning

Upptäckten löste ett långvarigt laboratorieproblem. I årtionden hade forskare inte lyckats odla mänskliga bakhjärnsneuroner in vitro, troligen för att de försökte omvandla framhjärnans progenitorer till bakhjärnsceller, något som studien visar inte är möjligt.sciencedaily

Med den nya förståelsen lyckades teamet för första gången styra mänskliga pluripotenta stamceller till funktionella motoriska neuroner i bakhjärnan. De laboratorieodlade cellerna producerade elektriska signaler och skapade proteiner associerade med specifika bakhjärnsregioner som kontrollerar ansikts- och svalgmuskulatur.sciencedaily

Framsteget öppnar nya vägar för att studera sjukdomar som skadar hjärnstammen, inklusive amyotrofisk lateralskleros (ALS) och spinal muskelatrofi, en ledande genetisk dödsorsak hos barn under ett år.sciencedaily

Ett urgammalt evolutionärt mönster

Teamet spårade hjärnans tvådelade ursprung genom 550 miljoner år av evolutionär historia och fann samma arrangemang hos kycklingar, zebrafiskar och ollonmaskar, små havsdjur som delar en avlägsen gemensam förfader med människor.iosconews+1

"Vår forskning tyder på att evolutionen tog två existerande nervsystem och pressade samman dem rumsligt," sa Loh. "Att ha hjärnan som ett organ vore förmodligen mer effektivt, men vi förlitar oss på detta primära sätt att bygga hjärnan som två separata delar."sciencedaily