אפירגולין: גורם הצמיחה המגדיר מחדש את התפתחות המוח האנושי

מה הופך אותנו לאנושיים? לפי נוירוביולוגים, זה הניאוקורטקס שלנו. השכבה החיצונית הזו של המוח עשירה בנוירונים ומאפשרת לנו לעשות חשיבה מופשטת, ליצור אמנות ולדבר שפות מורכבות. צוות בינלאומי בראשות ד"ר Mareike Albert במרכז לטיפולים רגנרטיביים דרזדן (CRTD) של האוניברסיטה הטכנולוגית של דרזדן TUD זיהה גורם חדש שעשוי היה לתרום להתרחבות הניאוקורטקס בבני אדם. התוצאות פורסמו ב-EMBO Journal.

הניאוקורטקס הוא השכבה החיצונית המקופלת האופיינית של המוח הדומה לאגוז. הוא אחראי לתפקודים קוגניטיביים גבוהים יותר כמו חשיבה מופשטת, אמנות ושפה. "הניאוקורטקס הוא החלק האחרון של המוח שהתפתח", אומרת ד"ר מאריקה אלברט, ראש קבוצת המחקר ב-CRTD. "לכל היונקים יש ניאוקורטקס, אבל הוא משתנה בגודלו ובמורכבותו. לניאו-קורטקס של בני אדם ופרימטים יש קפלים בעוד, למשל, לעכברים יש ניאוקורטקס חלק לחלוטין, ללא קמטים".

הקפלים האופייניים למוח האנושי מגדילים את שטח הפנים של הניאוקורטקס. לניאוקורטקס האנושי יש מספר רב יותר של נוירונים התומכים בתפקודים קוגניטיביים מורכבים.

המנגנונים המולקולריים המניעים את התפתחות הניאוקורטקס עדיין לא ידועים במידה רבה. "אילו גנים אחראים עלמִין הבדלים בגודל הניאוקורטקס? אילו גורמים תרמו להתרחבות המוח בבני אדם? מענה על שאלות אלו הוא חיוני להבנת התפתחות המוח האנושי ולטיפול פוטנציאלי להפרעות בריאות הנפש", מסביר ד"ר אלברט.

כוחם של אורגני המוח

כדי לחפש גורמים המשפיעים על התרחבות המוח, קבוצת אלבר השוותה את המוח המתפתח של עכברים ובני אדם. "תאי גזע בעכברים אינם מתחלקים כל כך ואינם מייצרים כל כך הרבה נוירונים בהשוואה לפרימטים. לבני אדם, לעומת זאת, יש מספר רב של תאי גזע במוח המתפתח. המאגר המורחב מאוד של תאי גזע עומד בבסיס הגידול במספר הנוירונים ובגודל המוח", מסביר ד"ר אלברט.

הצוות מצא גורם שקיים בבני אדם אך לא בעכברים. באמצעות טכנולוגיית תרבית תאים תלת מימדית, הקבוצה בדקה אם הגורם החדש שזוהה יכול להשפיע על התרחבות הניאוקורטקס. "הודות למחקר שזכה בפרס נובל ב-2012, אפשר להפוך כל תא לתא גזע. לאחר מכן ניתן להפוך תא גזע כזה לרקמה תלת מימדית הדומה לאיבר, למשל, מוח. תאי גזע אנושיים מאפשרים ללמוד התפתחות ומחלות ישירות ברקמות אנושיות", מסביר ד"ר אלברט.

תרביות מוח תלת-ממדיות אלו, או אורגנואידים במוח, אולי אינן דומות למוח לעין לא מאומנת, אך הן מחקות את המורכבות התאית של מוח מתפתח. "רוב סוגי התאים של המוח המתפתח קיימים. הם מקיימים אינטראקציה, מאותתים ומסודרים באופן דומה כמו במוח אנושי אמיתי", אומר ד"ר אלברט.

באמצעות אורגנואידים תלת-ממדיים של המוח, הקבוצה הצליחה להראות שגורם גדילה, המכונה אפירגולין, אכן מקדם חלוקה והתרחבות של תאי גזע במוח המתפתח.

הכל על הסכום

"בידיעה שהאפיגולין מניע את התרחבות תאי גזע ניאו-קורטיקליים אנושיים, הסתכלנו אחורה על הגן שמקודד לאפיגולין וניסינו להתחקות אחריו דרך העץ האבולוציוני", אומרת מחברת המחקר פאולה קובילוס, מועמדת לדוקטורט ב-CRTD. הגן אינו ייחודי לבני אדם, אלא קיים גם בפרימטים אחרים ואף בעכברים. "אפירגולין אינו מיוצר במוח העכבר המתפתח, עם זאת, מכיוון שהגן כבוי לצמיתות ואינו בשימוש. הסתקרנו להבין אם יש הבדלים באופן שבו אפיפגולין פועל בבני אדם ובפרימטים אחרים", מסבירה פאולה קובילוס.

החוקרים פנו שוב לטכנולוגיית התרבות התלת מימדית. באמצעות תאי גזע של גורילה, החוקרים יצרו אורגנואידים במוח הגורילה. "גורילות הן מינים בסכנת הכחדה. אנחנו יודעים מעט מאוד על התפתחות המוח שלהם. אורגנואידים העשויים מתאי גזע מציעים דרך לחקור את התפתחות המוח שלהם מבלי ליצור אינטראקציה עם המין כלל", אומר ד"ר אלברט.

בהשוואה להשפעה של אפירגולין באורגנואידים במוח אנושיים וגורילות, הצוות מצא שהוספת אפיפגולין לאורגנואידים במוח הגורילה יכולה לקדם עוד יותר את ההתרחבות של תאי גזע. עם זאת, הוספת עוד יותר אפירגולין לאורגנואידים במוח האנושי לא הייתה בעלת אותה השפעה. ייתכן שהסיבה לכך היא שהניאוקורטקס האנושי כבר התרחב במידה רבה מאוד.

"בניגוד לגורמים שזוהו בעבר, נראה שהאפיגולין ככזה אינו ייחודי לבני אדם. במקום זאת, נראה שכמות גורם הצמיחה היא הרגולטור המכריע להבדלים בין המינים", מסכם ד"ר אלברט.

מחקר זה לא רק מקדם את הבנתנו את הייחודיות האנושית אלא גם מדגיש את החשיבות של טכנולוגיות חדשות המציעות השלמות אתיות ולא פולשניות למחקר בבעלי חיים.

המחקר בוצע בשיתוף פעולה עם קינגס קולג' בלונדון, הפקולטה לרפואה קרל גוסטב קארוס מ-TU דרזדן, מכון מקס פלנק של תא מולקולרי ביולוגיה וגנטיקה, ובית הספר לרפואה בהנובר.