Найдено важное отличие мозга человека от мозга других приматов

Дорсолатеральная префронтальная кора (длПФК) с точки зрения эволюции является относительно новой областью префронтальной коры головного мозга приматов. Она играет ключевую роль в познании, управляя рабочей памятью, когнитивной гибкостью и планированием. Дисфункция длПФК связана со многими нервно-психическими расстройствами. Однако до сих пор неизвестно, какие механизмы делают ее уникальной у людей.

Чтобы лучше понять клеточный состав длПФК и ее видоспецифические особенности, международная команда ученых под руководством профессора Ненада Сестана из Йельской школы медицины (США) провели секвенирование РНК единичных ядер, полученные из 610 719 клеток этого отдела наиболее часто изучаемых антропоидных приматов (людей, шимпанзе, макак-резусов и обыкновенных игрунок).

Анализ охватил четыре основных класса клеток: глутаматергические (возбуждающие) нейроны, ГАМКергические (тормозные) нейроны, глиальные клетки (в том числе астроциты, предшественники олигодендроцитов, олигодендроциты и микроглия) и клетки, не относящиеся к клеткам нервной системы. Эти классы по профилям экспрессии разделялись на 29 типов и 114 подтипов, при этом 109 подтипов обнаружились у всех четырех видов, а пять были видоспецифическими. В частности, подтип Micro P2RY12 CCL3 (клетки микроглии, экспрессирующие P2RY12 и CCL3) присутствовал только у человека, микроглиальный подтип Micro P2RY12 GLDN и астроглиальный подтип Astro AQP4 OSMR — только у человека и шимпанзе. Авторы, однако, отмечают, что обнаружение определенного подтипа только в подмножестве видов не обязательно означает видовую специфичность, оно может также отражать индивидуальную изменчивость. Проведя обогащение маркерных генов и гибридизацию in situ, они обнаружили, что даже у видов, для которых не был обнаружен определенный подтип клеток, могут существовать редкие клетки, экспрессирующие маркеры этого подтипа.

«Мы, люди, живем в совершенно другой среде с уникальным образом жизни по сравнению с другими видами приматов, и клетки глии, включая микроглию, очень чувствительны к этим различиям, — говорит Ненад Сестан. — Тип микроглии, обнаруженный в человеческом мозгу, может отображать иммунную реакцию в ответ на особенности окружающей среды».

Ранее сообщалось, что люди, как и другие человекообразные обезьяны, имеют повышенное количество дофаминергических афферентных нейронов в префронтальной коре. Результаты нового исследования предполагают, что у человека имеется дополнительная популяция дофаминергических интернейронов в этой области мозга. Повышение уровня дофамина может иметь важное функциональное значение в эволюции когнитивных способностей и поведения человека.

Заметные различия между видами были обнаружены для многих генов, ассоциированных с риском развития нейропсихиатрических заболеваний. Примером этого служит специфическая для человека экспрессия FOXP2 в микроглии и специфическая для всех приматов по сравнению с другими млекопитающими экспрессия FOXP2 в одном из подтипов возбуждающих нейронов. Ген FOXP2 кодирует фактор транскрипции; мутации в этом гене ранее были связаны с вербальной диспраксией — нарушением речи, связанным с физиологическими трудностями звукопроизношения. Кроме того, FOXP2 связан с другими нервно-психическими заболеваниями, такими как аутизм, шизофрения и эпилепсия.

Специфическая экспрессия FOXP2 приводит к специфическим паттернам экспрессии подконтрольных ему генов, например, IL1RAPL2, вовлеченного в формирование дендритного шипика, или DSCAM, связанного с синдромом Дауна. По мнению авторов, это открытие открывает новое направление в изучении речи и нейропсихиатрических заболеваний.

Данные, полученные в исследовании, могут служить основой для выбора модельных приматов, а также для разработки платформ, моделирующих болезни человека.

Команда Ненада Сестана также принимала участие в разработке системы OrganEx, которая «оживила» органы свиньи через час после ее смерти.