인간의 두뇌 진화에 빛을 비추는 '돌연변이 흰 족제비'
돌연변이 흰 족제비 모델을 사용하여 인간의 두뇌 발달을 탐구하는 동안 과학자들은 우연히 대형 두뇌의 진화에 대한 단서를 우연히 발견했습니다.
인간은 상대적으로 큰 뇌를 가지고 있습니다. 그리고 지난 700 만 년 동안 (진화 적으로 짧은 시간 동안) 우리 뇌의 크기는 세 배로 늘어났습니다.
대뇌 피질, 뒤 얽히고 접힌 외층은 특히 인간에게 있습니다. 정확히 왜 그리고 어떻게 우리의 두뇌가 그렇게 화려 해 졌는지는 많은 논쟁의 대상이며 현재 증거는 부족합니다.
수백만 년 전에 발생한 유전 적 및 생물학적 변화에 대한 단서를 찾는 것은 우주 반대편에있는 건초 더미에서 바늘을 찾는 것과 유사합니다. 그러나 세렌디피티 부인은 과학자들에게 미소를지었습니다.
최근 Chevy Chase, MD의 Howard Hughes Medical Institute, New Haven, CT의 Yale University, Massachusetts의 Boston Children ’s Hospital 등 여러 기관의 연구자들이 소두증을 조사하는 일련의 연구를 수행했습니다.
그들의 연구는 유익했고 소두증에 대한 우리의 이해를 더욱 발전 시켰지만, 그들은 또한 우리를 먼 건초 더미의 바늘에 더 가깝게 만들었습니다. 그들의 연구 결과는 최근 저널에 게재되었습니다. 자연.
Boston Children ’s Hospital의 Christopher Walsh 박사는“저는 신경과 전문의로 훈련을 받고 발달 성 뇌 질환이있는 아이들을 연구하고 있습니다. "나는 인류의 진화 역사를 들여다 볼 줄은 몰랐습니다."
소두증 연구 방법
소두증이있는 아기는 정상보다 머리가 훨씬 작으며 대뇌 피질이 올바르게 형성되지 않습니다. 이 상태는 종종 유전 적이지만 최근에는 지카 바이러스와도 관련이 있습니다.
피질이 어떻게 그리고 왜 제대로 형성되지 않는지는 완전히 이해되지 않았습니다. 이 주제를 탐색하는 것이 까다로운 이유 중 하나는 좋은 모델이 없기 때문입니다. 마우스 모델이 가장 자주 사용되지만 목적에 맞지 않습니다.
예상대로 마우스의 뇌는 작습니다. 또한 마우스는 인간과 똑같이 다양한 뇌 세포 선택을 즐기지 않으며 피질이 훨씬 부드럽습니다.
소두증에 가장 흔히 관여하는 유전자는 Aspm으로 알려진 단백질을 암호화하는 유전자입니다. 이 유전자가 돌연변이되면 인간의 뇌는 정상 크기의 절반 정도가됩니다.
그러나 유전자가없는 마우스 (Aspm 녹아웃 마우스)에서는 뇌가 10 분의 1만큼만 줄어 듭니다. 거의 감지 할 수없는이 변화는 과학자들에게 거의 소용이 없습니다.
더 나은 소두증 모델을 찾기 위해 예일대 학교의 월시 박사와 배병일 박사가 이끄는 연구자들은 흰 족제비로 변했습니다.
이것은 처음에는 이상한 동물 선택 인 것처럼 보일지 모르지만, 이치에 맞습니다. 흰 족제비는 더 크고 인간과 동일한 범위의 세포 유형을 가진 복잡한 피질을 가지고 있습니다. 또한 쥐처럼 빠르고 자유롭게 번식합니다.
Walsh 박사가 설명했듯이, "겉으로는 우스꽝스러운 선택으로 보이지만, 30 년 동안 두뇌 발달에 중요한 모델이었습니다."
흰 족제비가 이전에 유용하다는 것이 입증되었지만, 흰 족제비 유전학에 대해서는 알려진 바가 거의 없기 때문에 Aspm 녹아웃 버전의 동물을 만드는 것은 어려울 것입니다. 그러나 Dr. Walsh는 거부하지 않았습니다. 그는 자금을 확보하고 일을 시작했습니다.
Aspm 녹아웃 페럿은 인류가 만든 두 번째 녹아웃 페럿입니다.
예상대로 Aspm 녹아웃 흰 족제비의 뇌는 정상보다 최대 40 % 작아서 인간 버전의 소두증과 훨씬 더 가까워졌습니다. 그리고 인간 소두증과 마찬가지로 피질의 두께는 변하지 않았습니다.
두뇌 진화에 대한 단서
인간 소두증에 대한 새롭고 유용한 모델을 설계하는 것 외에도 과학자들은 발가락을 훨씬 더 다루기 힘든 문제에 담았습니다. 우리가 어떻게 그렇게 큰 뇌를 진화 시켰을까요?
그들은 Apsm의 손실이 페릿의 뇌에 어떻게 영향을 미치는지 조사했습니다. 결함은 방사형 아교 세포가 행동하는 방식의 변화로 거슬러 올라갑니다.
방사형 신경교 세포는 신경계의 줄기 세포 인 신경 상피 세포에서 발생합니다. 이들은 피질에서 다양한 세포 유형으로 발전 할 수 있습니다.
발달하는 뇌실 근처에서 시작하여 방사형 신경교 세포가 형성 피질을 향해 이동합니다. 이 세포들이 시작점에서 멀어짐에 따라 천천히 다른 유형의 뇌 세포로 발전하는 능력을 잃습니다.
연구팀은 Apsm이 부족하여 방사형 신경교 세포가 심실에서 더 쉽게 분리되고 조기에 이동을 시작한다는 사실을 발견했습니다.
타이밍이 맞지 않으면 방사형 신경교 세포와 다른 세포 유형의 비율이 왜곡되어 피질의 신경 세포 수가 줄어 들었습니다. Apsm은 조절기 역할을하여 전체 피질 뉴런 수를 늘리거나 줄입니다. 그리고 여기에 인간의 두뇌 진화에 대한 단서가 있습니다.
"자연은 전체를 재 설계 할 필요없이 인간 두뇌의 크기를 바꾸는 문제를 해결해야했습니다."
배병일
Apsm은 이러한 방식으로 중심체의 기능 또는 세포 분열과 관련된 세포 구조에 영향을줌으로써 뇌 발달을 변화시킵니다. Apsm이 없으면 중심체가 제대로 작동하지 않습니다.
최근 Apsm을 포함한 중심 단백질 조절에 관여하는 몇 가지 유전자가 진화론 적 변화를 겪었습니다. 월시 박사는 우리를 침팬지 나 먼 사촌 인 네안데르탈 인과 구별하는 유전자 일 수 있다고 믿습니다.
"돌아 보면 말이됩니다."라고 Walsh 박사는 말합니다. "발달 과정에서 우리의 두뇌를 하나로 묶는 유전자는 우리의 두뇌를 더 크게 만들기 위해 진화가 조정 한 유전자 였을 것입니다."
이 하나의 유전자를 변경하면 방사형 신경교 세포의 이동이 변경되고 피질이 더 커질 수 있습니다. 이러한 연구는 소두증에 대한 새로운 모델과 팽창하는 뇌의 기원에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.
