Celulele progenitoare cu creștere lentă contribuie la dezvoltarea creierelor netede la marmotele comune
Cele mai multe specii de primate au un creier relativ mare, cu o suprafață marcată de bulgări și șanțuri pronunțate. Aceasta nu este situația în cazul marmotelor comune (Callithrix jacchus), ale căror creiere sunt netede și practic desfăcute.
Cercetătorii de la Centrul German de Primate (DPZ) – Institutul Leibniz pentru Cercetarea Primate în Göttingen, au investigat, într-un studiu recent, procesele celulare din timpul dezvoltării embrionare care determină dezvoltarea diferită a creierului marmotei. Prin experimente cu organoizi cerebrali, au demonstrat că anumite celule progenitoare neuronale se dezvoltă diferit la marmote, atât din punct de vedere morfologic, cât și temporal. Mai multe procese ce au loc la diferite niveluri și implicând diverse tipuri de celule progenitoare reglează acest fenomen, ceea ce duce, în final, la o reducere a dimensiunii și pliabilității creierului marmotei. Studiul oferă noi perspective asupra dezvoltării evolutive a creierului primatelor și ar putea ajuta la îmbunătățirea înțelegerii tulburărilor de dezvoltare în creierul uman în viitor.
Dimensiunea și gradul de pliabilitate sunt caracteristici definitorii ale creierelor multor primate. În special, șanțurile și ridurile asemănătoare unei nuci ale creierului uman își măresc considerabil suprafața și oferă spațiu pentru miliarde de celule nervoase. Acest lucru permite procese de gândire complexe și face creierul uman excepțional de puternic. Cercetătorii cred acum că și strămoșul comun al tuturor primatelor avea un creier de dimensiuni medii și cel puțin parțial pliat.
În schimb, acest lucru nu se aplică pentru unele specii de primate care trăiesc astăzi. Marmotele comune (Callithrix jacchus), o specie de primate sud-americane tot mai folosită în cercetarea biomedicală, au o suprafață a creierului netedă și aproape desfăcută. Cercetătorii de la Centrul German de Primate au studiat cum se dezvoltă creierul acestei specii.
„Am dorit să înțelegem ce modificări la nivel celular determină o creștere mai mică a creierului marmotei și formarea unui număr mai mic de pliuri. La începutul dezvoltării, creierul marmotei comune prezintă structura și compoziția tipică a unui creier mare și pliat. Pe măsură ce dezvoltarea progresează, trebuie să apară procese care încetinesc efectiv producția de celule nervoase,” a declarat Lidiia Tynianskaia.
Cercetătorii au observat că, în experimentele comparative utilizând organoizi cerebrali de marmote comune și oameni, celulele progenitoare ale creierului, responsabile pentru producerea neuronilor, au fost un punct central de interes. Numărul neuronilor este unul dintre factorii decisivi care determină dimensiunea și gradul de pliabilitate al creierului.
A fost constatată o serie de procese ce au loc la niveluri diferite și în tipuri diferite de celule, care conduc la o reducere a dimensiunii și pliabilității cortexului cerebral la marmote. „Investigațiile noastre au arătat că anumite celule progenitoare la marmotele comune se divid semnificativ mai lent decât la oameni,” a explicat César Mateo Bastidas Betancourt. „Alte celule progenitoare au o structură mai simplă decât omologii lor umani, având mai puține procese și, prin urmare, sunt mai puțin proliferative. Ambele aceste aspecte contribuie, în final, la un număr mai mic de celule nervoase, ceea ce duce la o dimensiune mai mică și o pliabilitate redusă a cortexului cerebral la marmote.”
În plus, cercetătorii au reușit să demonstreze că momentul în care apar anumite caracteristici și comportamente ale celulelor progenitoare la marmote este alterat comparativ cu oamenii. Astfel, celulele progenitoare ale marmotei comune au o fereastră de timp mai scurtă în care pot prolifera rapid.
Majoritatea experimentelor au fost realizate în organoizi cerebrali. Aceste mici structuri celulare tridimensionale reflectă cu acuratețe momentul anumitor etape de dezvoltare ale creierului. „Studiul combină avantajele metodelor in vivo și in vitro,” a declarat Michael Heide. „Organoizii sunt bine adaptați pentru a obține rezultate statistice robuste, deoarece astfel de dimensiuni de eșantion nu sunt fezabile în primate. Ulterior, am repetat unele experimente cheie în țesutul cerebral fetal pentru a confirma rezultatele obținute din organoizi.”
Aceasta a relevat că organoizii de 50 de zile ai marmotelor seamănă îndeaproape cu dezvoltarea naturală a creierului la 90 de zile. Această comparație a fost importantă, deoarece a fost singura modalitate prin care cercetătorii au putut alinia cu exactitate momentul dezvoltării în organoizi cu cel din creierul marmotei și interpreta rezultatele cu fiabilitate.
Studiul subliniază modul în care diversitatea dimensiunilor și formelor creierului la primate ar fi putut evolua și, în același timp, oferă un cadru important pentru o mai bună înțelegere a proceselor de dezvoltare și a disfuncțiilor acestora în creierul uman.
