Die menschliche Gehirn Größe Gen Auslöser größeres Gehirn in Affen Fötus

Die Erweiterung des menschlichen Gehirns während der Evolution, insbesondere des Neocortex, ist auf unsere kognitiven Fähigkeiten verknüpft wie logisches Denken und Sprache. Ein bestimmtes Gen ARHGAP11B genannt, die nur beim Menschen Triggern Hirnstammzellen gefunden wird mehr Stammzellen zu bilden, eine Voraussetzung für ein größeres Gehirn. Frühere Studien haben gezeigt, dass ARHGAP11B, wenn bei Mäusen und Frettchen zu unphysiologisch hohen Niveaus exprimiert, ein erweitertes Neocortex verursacht, aber ihre Bedeutung für Primatenevolution ist unklar. Forscher des Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden zusammen mit Kollegen am Zentralinstitut für Versuchstiere (CIEA) in Kawasaki und der Keio University in Tokio, sowohl in Japan, zeigen nun, dass diese Mensch-spezifischen Gens, wenn sie auf physiologische Werte ausgedrückt, bewirkt eine vergrößerte Neokortex im Weißbüschelaffe, ein Affe Neue Welt. Dies deutet darauf hin, dass das Gen ARHGAP11B während der menschlichen Evolution Neocortex Expansion verursacht hat. Die Forscher ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Der menschliche Neocortex, die evolutionär jüngsten Teil der Großhirnrinde, ist etwa dreimal so groß wie die unserer nächsten Verwandten, den Schimpansen, und seine Faltung in Falten erhöht während der Evolution innerhalb des begrenzten Raum des Schädels zu passen. Eine zentrale Frage für die Wissenschaftler ist, wie der menschliche Neocortex so groß geworden ist. In einer Studie 2015 fand die Forschergruppe von Wieland Huttner, ein Gründungsdirektor des MPI-CBG, dass unter dem Einfluss des Mensch-spezifisches Gen ARHGAP11B, Mäuseembryonen viele mehr neurale Vorläuferzellen produziert und sogar ihr unterziehen Falten könnten normalerweise entfalteten Neocortex. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass das Gen ARHGAP11B eine Schlüsselrolle in der evolutionären Expansion des menschlichen Neokortex spielt.

Der Anstieg des menschlichen spezifischen Gens

Die Mensch-spezifischen Gen ARHGAP11B entstand durch eine partielle Duplikation des ubiquitären Gens ARHGAP11A etwa fünf Millionen Jahren entlang der Entwicklungslinie zu Neandertalern führt, Denisova und heutigen Menschen, und nach dieser Linie war aus, dass zu dem Schimpansen führenden getrennt. In einer Follow-up-Studie im Jahr 2016 entdeckte die Forschungsgruppe von Wieland Huttner einen überraschenden Grunde, warum das ARHGAP11B Protein eine Sequenz von 47 Aminosäuren enthält, die Mensch-spezifisch ist, nicht in dem ARHGAP11A Protein gefunden, und wichtig für ARHGAP11B der Fähigkeit zu erhöhen Hirnstammzellen. Insbesondere fand eine einzige C-zu-G-Basensubstitution in dem ARHGAP11B Gen führt zu dem Verlust von 55 Nukleotiden von dem ARHGAP11B messenger-RNA, die eine Verschiebung des Leserahmens führt in dem human-spezifischen resultierenden, funktionell kritischen 47 Aminosäuresequenz . Diese Basensubstitution geschah wahrscheinlich viel später, als wenn dieses Gen etwa 5.000.000 Jahre entstand vor, jederzeit zwischen 1,5 Millionen und 500.000 Jahren. Solche Punktmutationen sind nicht selten, aber im Fall von ARHGAP11B seine Vorteile scheinen ein größeres Gehirn bilden unmittelbar beeinflusst menschliche Evolution zu haben.

Die Wirkung des Gens in Affen

Es wird jedoch unklar gewesen, bis jetzt, wenn der Mensch-spezifische Gen ARHGAP11B würde auch einen vergrößerte Neokortex in nichtmenschlichen Primaten führen. Um dies zu untersuchen, taten mir die Forscher in der Gruppe von Wieland Huttner mit Erika Sasaki bis am Zentralinstitut für Versuchstiere (CIEA) in Kawasaki und Hideyuki Okano an der Keio University in Tokio, beide mit Sitz in Japan, der die Entwicklung von Pionierarbeit geleistet hatte, eine Technologie transgenen nichtmenschlichen Primaten zu erzeugen. Der erste Autor der Studie, Postdoc Michael Heide, reiste nach Japan, um die Arbeit mit den Kollegen direkt vor Ort. Sie erzeugten transgenen gemeinsamen marmosets, eine neue Welt Affen, die die Mensch-spezifischen Gen ARHGAP11B ausgedrückt, die sie normalerweise nicht, in der sich entwickelnden Neocortex haben. Japan hat ähnlich hohe ethische Standards und Vorschriften in Bezug auf Tierforschung und Tierschutz wie in Deutschland. Die Gehirne von 101 Tagen alten Weißbüschelaffe Föten (50 Tage vor dem normalen Geburtstermin) wurden in Japan und exportierten in dem MPI-CBG in Dresden für eine detaillierte Analyse erhalten. Michael Heide erklärt: „Wir haben in der Tat, dass der Neocortex des Weißbüschelaffe Gehirn vergrößert wurde und die Hirnoberfläche gefaltet Die kortikalen Platte war auch dicker als normal Darüber hinaus konnten wir eine erhöhte Anzahl von basalen radialen Gliazellen Vorläufern in der äußeren Subventrikularzone sehen.. und eine erhöhte Anzahl von Neuronen der oberen Schicht, das Neuron Art, dass Erhöhungen in primate evolution.“ Die Forscher hatten nun funktionelle Beweise dafür, dass ARHGAP11B eine Erweiterung des Primas Neocortex verursacht.

Ethische Betrachtung

Wieland Huttner, der die Studie leitete, ergänzt: „Wir beschränken unsere Analysen marmoset Föten, weil wir davon aus, dass der Ausdruck dieses humanspezifischen Gens, das die Neocortex Entwicklung in der Seidenäffchen beeinflussen würde angesichts der möglichen unvorhersehbaren Folgen im Hinblick auf die postnatale. Gehirnfunktion, hielten wir es für eine Voraussetzung, und zwingend aus ethischer Sicht zunächst die Auswirkungen der ARHGAP11B auf der Entwicklung des fetalen marmoset Neocortex zu bestimmen.“

Die Forscher schließen, dass diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die humanspezifische ARHGAP11B Gene Neocortex Expansion im Laufe der menschlichen Evolution entstanden sind.

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft. "Human brain size gene triggers bigger brain in monkey fetus." ScienceDaily. ScienceDaily, 18 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200618150301.htm>.