V transgenskih opicah rhesus, ki so prenašalke vstavljenega človeškega gena MCPH1, je opazen podoben razvoj možganov, kot pri človeku

From Wiki FKKT

Jump to: navigation, search

Ljudje in drugi primati se med drugim razlikujejo v velikosti in razvoju možganov. Večji možgani, ki se razvijajo na specifičen način, so ljudem omogočili boljše kognitivne sposobnosti, kar daje evolucijsko prednost. Kognicija predstavlja pridobivanje in razumevanje znanja preko misli, izkušenj in čutov. Pri ljudeh je razvoj možganov upočasnjen, hkrati pa je tudi volumen možganov večji. Zakaj do tega pride? Kakšna je genetska osnova za razlike v možganih med ljudmi in drugimi primati? Zanimiva tarča za študijo tega učinka je gen MCPH1 (mikrocefalin), ki pri ljudeh ob okvarah povzroča mikrocefalijo (manjši možgani) in očitno vpliva, da na normalen razvoj možganov. Testni subjekti so bile opice rhesus (Macaca mulatta), ki so jim vstavili več kopij človeškega gena MCPH1. S tem naj bi v opicah prišlo do razvoja možganov, ki bi bili bolj podobni človeškim – večji možgani z izboljšano funkcijo glede na možgane v ne-transgenih opicah. V MCPH1 je pri ljudeh tekom evolucije prišlo do zamenjave sedmih aminokislin (oziroma v proteinu, ki ga gen zapisuje). Za vnos so uporabili lentivirusno transfekcijo (virus SIV, simian immunodeficiency virus). Več kopij so vnesli z namenom, da bi učinek huMCPH1 prevladal nad učinkom endogenega MCPH1. Uspešno so naredili 8 TG opic prve generacije in 3 TG opice druge generacije. Raziskavo so delali na 11 TG opicah in 21 WT opicah. [1]


Contents

Rezultati

Več kopij gena MCPH1 so v opice vstavili z lentivirusom SIV preko injiciranja v embrije. Oocite so pridobili iz superovuliranih samic in jih oplodili in vitro. V vse embrije so uspešno prenesli gene, šlo je za naključno integracijo (značilno za lentiviruse). [1]

Spremljanje razvoja možganov z MRI

Z MRI so pridobili podatke iz katerih so izračunali volumen možganov in posameznih delov možganov. Ugotovili so, da v možgani TG opic niso bili večji kot možgani opic brez huMCPH1. Volumen sive snovi je v TG opicah naraščal počasneje, opazili pa so, da je bilo razmerje sive snovi/cele možgane večje kot pri WT opicah. TG opice so imele tekom razvoja manjši volumen bele snovi. Vse te razlike so se pri približno treh letih starosti izenačile. Spremembe torej niso bile posledica okvar, ampak je do njih prišlo zaradi razlik v razvoju možganov, ki se je pri TG opicah podaljšal. MRI podatki so pokazali še da je pri TG opicah prišlo do kasnejše mielacije živčnih vlaken, kar se zgodi tudi med razvojem človeških možganov. [1]

Imunohistokemijska analiza

V tkivu frontalnega režnja v prenatalnih in postnatalnih fazah so preverjali prisotnost zrelih in nezrelih celic. Najprej so analizirali zrele nevrone (marker NeuN) in zrele astrocite (marker GFAP) in ugotovili, da je v TG opicah manj zreli nevronov in astrocitov kot v WT opicah. Po analizi prisotnosti nezrelih nevronov (marker DCX) in nezrelih astrocitov (marker FABP) so potrdili, da je v možganih TG več nezrelih celic. [1]

Transkriptom

Transkriptom so pregledali, ker jih je zanimal molekularen mehanizem, ki je vplival na počasnejši razvoj. Pri TG opicah so zaznali večje izražanje MCPH1, s tem da je prišlo do povečanega izražanja huMCPH1 (v primerjavi z endogenim opičjim MCPH1). Poleg tega so ugotovili, da je v možganih prišlo do različnega izražanja genov med TG in WT opicami. 970 genov prenatalno, 1933 genov postnatalno. V TG opicah je prišlo do zaviranja izražanja genov povezanih z zorenjem in diferenciacijo nevronov, kar je skladno s počasnejšim razvojem. Ugotovili so, da je transgen v glavnem zavrl izražanje genov, povezanih z diferenciacijo živčevja in funkcijo sinaps. [1]

TG opice druge generacije

Z uporabo zarodnih celic transgene opice, so naredili še tri transgene opice, ki so jih žrtvovali prenatalno v času največje nevrogeneze pri opicah rhesus. Vse tri so bile prenašalke gena MCPH1. Na istih razvojnih točkah kot TG opice, so žrtvovali še 5 WT opic. Pri transgenih opicah so zaznali večje izražanje huMCPH1 v primerjavi z endogenim MCPH1. Ponovno so potrdili razlike v izražanju genov. Opazili so tudi zakasnelo izražanje markerjev za diferenciacijo nevronov. [1]

Analiza vedenja in preverjanje kratkoročnega spomina

Ali lahko opažen zakasnel razvoj možganov vpliva tudi na boljše kognitivne sposobnosti? Za odgovor na to vprašanje so najprej analizirali splošno vedenje opic, kjer ni bilo opaznih razlik med TG in WT opicami. Testirali so še kratkoročni spomin, kjer so se TG opice odrezale bolje od WT opic in so imele tudi krajši odzivni čas. Iz tega so sklepali, da zakasnel razvoj možganov, ki ga povzroči gen huMCPH1, vpliva na kratkoročni spomin TG opic. [1]

Zaključek

Kljub pričakovanim rezultatom povečanih možganov in izboljšanja kognitivnih sposobnosti, očitno razvoj možganov ni tako preprost, da bi vse te vplive posredoval le en gen. Možgani opic torej niso bili povečani, pri kognitivnih sposobnostih pa je prišlo do izboljšanja kratkoročnega spomina. [1]

Viri

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Lei Shi, Xin Luo, Jin Jiang, Yongchang Chen, Cirong Liu, Ting Hu, Min Li, Qiang Lin, Yanjiao Li, Jun Huang, Hong Wang, Yuyu Niu, Yundi Shi, Martin Styner, Jianhong Wang, Yi Lu, Xuejin Sun, Hualin Yu, Weizhi Ji, Bing Su, Transgenic rhesus monkeys carrying the human MCPH1 gene copies show human-like neoteny of brain development, National Science Review, , nwz043, https://doi.org/10.1093/nsr/nwz043
Personal tools