En hjärnorganoid ca 3 millimeter stor gjord av stamceller från en schimpans. Hjärnstamcellerna färgas röda; hjärnstamceller som fick ARHGAP11B-genen visas i grönt. Foto:Jan Fischer. Kredit:Jan Fischer
Djurstudier på människoapor har länge varit förbjudna i Europa av etiska skäl. För den fråga som följs här är organoider (tredimensionella cellstrukturer på några millimeter stora som odlas i laboratoriet) ett alternativ till djurförsök. Dessa organoider kan produceras från pluripotenta stamceller, som sedan differentierar till specifika celltyper, såsom nervceller. På så sätt kunde forskargruppen producera både schimpansens hjärnorganoider och mänskliga hjärnorganoider. "Dessa hjärnorganoider gjorde det möjligt för oss att undersöka en central fråga om ARHGAP11B", säger Wieland Huttner från MPI-CBG, en av de tre huvudförfattarna till studien publicerad i EMBO Reports .
"I en tidigare studie kunde vi visa att ARHGAP11B kan förstora en primats hjärna. Det var dock tidigare oklart om ARHGAP11B hade en större eller mindre roll i den evolutionära utvidgningen av den mänskliga neocortexen", säger Wieland Huttner. För att klargöra detta infogades ARGHAP11B-genen först i hjärnkammarliknande strukturer hos schimpansorganoider. Skulle ARGHAP11B-genen leda till spridningen av de hjärnstamceller i schimpansens hjärna som är nödvändiga för förstoringen av neocortex?
"Vår studie visar att genen i schimpansens organoider orsakar en ökning av relevanta hjärnstamceller och en ökning av de neuroner som spelar en avgörande roll för människors extraordinära mentala förmågor", säger Michael Heide, studiens huvudförfattare, som är chef. av Junior Research Group Brain Development and Evolution vid DPZ och anställd vid MPI-CBG.
En del av en hjärnorganoid gjord av stamceller från en människa. I magenta finns aktivt prolifererande hjärnstamceller, i gult en undergrupp av hjärnstamceller. Foto:Jan Fischer. Kredit:Jan Fischer
När ARGHAP11B-genen slogs ut i mänskliga hjärnorganoider eller funktionen av ARHGAP11B-proteinet hämmades, minskade mängden av dessa hjärnstamceller till nivån för en schimpans. "Vi kunde alltså visa att ARHGAP11B spelar en avgörande roll i neocortex utveckling under mänsklig evolution", säger Michael Heide.
Julia Ladewig från HITBR, den tredje av huvudförfattarna, tillägger:"Med tanke på denna viktiga roll för ARHGAP11B är det dessutom tänkbart att vissa felaktiga utvecklingar av neocortex kan orsakas av mutationer i denna gen." + Utforska vidare
