Drachen und Gehirnentwicklung
Heutzutage halten sich DrachenGame of ThronesFans auf Trab. Aber laut einer aktuellen Studie vonWissenschaftler erforschen das Gehirn des australischen BartagamePogona vitticepsDarüber hinaus bieten sie wichtige Einblicke in die Evolution des Gehirns von Wirbeltieren.
FrühTetrapoden(Tiere mit vier Gliedmaßen) gelangten vor 320 Millionen Jahren aus der aquatischen in die terrestrische Umgebung, woraus sich die drei Hauptgruppen der Tiere entwickeltenWirbeltiereheute: Reptilien, Vögel (ein Ableger des Reptilienbaums) und Säugetiere. Alle Gehirne von Tetrapoden besitzen eine ähnliche Grundarchitektur, die während der frühen Entwicklung aufgrund gemeinsamer Abstammung etabliert wurde.
Es ist jedoch unklar, wie Variationen in diesem gemeinsamen „Bauplan“ trug zu kladenspezifischen Merkmalen bei. Um dieses Problem zu beantworten, erstellten Forscher am Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt einen molekularen Atlas des Drachenhirns und verglichen ihn mit einem von Mäusen. Im Gegensatz zur herkömmlichen Meinung, die davon ausgeht, dass ein Säugetiergehirn eine Kombination aus einem alten „Reptilien“-Gehirn und modernen Säugetiermerkmalen ist, deuten ihre Ergebnisse darauf hin, dass sowohl Reptilien- als auch Säugetiergehirne unterschiedliche kladenspezifische Neuronentypen und Schaltkreise aus einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben.
„Neuronen sind die vielfältigsten Zelltypen im Körper. Ihre evolutionäre Diversifizierung spiegelt Veränderungen in den Entwicklungsprozessen wider, die sie produzieren, und kann zu Veränderungen in den neuronalen Schaltkreisen führen, zu denen sie gehören“, sagt Professor Gilles Laurent, Direktor am Max-Planck-Institut für Hirnforschung, der die neue Studie leitete, die in veröffentlicht wurdeWissenschaft.
„Zum Beispiel funktionieren unterschiedliche Gehirnbereiche nicht isoliert, was darauf hindeutet, dass die Entwicklung miteinander verbundener Regionen, wie dem Thalamus und der Großhirnrinde, in irgendeiner Weise korreliert sein könnte. Außerdem könnte sich ein Gehirnbereich bei Reptilien und Säugetieren, der aus einer gemeinsamen Vorfahrenstruktur hervorgegangen ist, so entwickelt haben, dass er in einer Gruppe heute noch Vorfahren ist, während er in der anderen „modern“ ist. Umgekehrt könnte es sein, dass beide Gruppen jetzt eine Mischung aus Gemeinsamkeiten enthalten.“ (alte) und spezifische (neue) Neuronentypen sind die Art von Fragen, die unsere Experimente beantworten wollten“, fügt Laurent hinzu.
Während traditionelle Ansätze zum Vergleich von Entwicklungsregionen und Projektionen im Gehirn nicht über die nötige Auflösung verfügen, um diese Ähnlichkeiten und Unterschiede aufzudecken, wählten Laurent und sein Team einen zellulären transkriptomischen Ansatz. Mit einer Technik namens Single-CellRNAMithilfe einer Sequenzierung, die einen großen Teil der in einzelnen Zellen vorhandenen RNA-Moleküle (Transkriptome) erkennt, erstellten die Wissenschaftler einen Zelltypatlas des Gehirns des australischen BartagamenPogona vitticepsund verglich es mit vorhandenen Maushirn-Datensätzen.
Transkriptomische Vergleiche offenbaren gemeinsame Klassen von Neuronentypen
„Wir haben über 280.000 Zellen aus dem Gehirn von Pogona profiliert und 233 verschiedene Arten von Neuronen identifiziert“, erklärt David Hain, ein Doktorand im Laurent Lab und Co-Erstautor der Studie. „Die rechnerische Integration unserer Daten mit Mausdaten ergab, dass diese Neuronen transkriptomisch in gemeinsame Familien gruppiert werden können, die wahrscheinlich die Neuronentypen ihrer Vorfahren darstellen“, sagt Hain. Darüber hinaus fand er heraus, dass die meisten Bereiche des Gehirns eine Mischung aus gängigen (alten) und spezifischen (neuen) Neuronentypen enthalten, wie in der Abbildung unten dargestellt.
Die Doktorandin Tatiana Gallego-Flores nutzte histologische Techniken, um diese Zelltypen im gesamten Drachenhirn abzubilden, und beobachtete (unter anderem), dass Neuronen im Thalamus in zwei transkriptomische und anatomische Domänen eingeteilt werden können, die durch ihre Konnektivität mit anderen Regionen des Gehirns definiert werden. Da diese verbundenen Regionen bei Säugetieren und Reptilien unterschiedliche Schicksale hatten und eine dieser Regionen sehr unterschiedlich war, erwies sich der Vergleich der Thalamus-Transkriptome dieser beiden Domänen als sehr interessant. Tatsächlich zeigte sich, dass die transkriptomische Divergenz mit der der Zielregionen übereinstimmte.
„Dies deutet darauf hin, dass die neuronale transkriptomische Identität in gewisser Weise, zumindest teilweise, die Fernkonnektivität einer Region zu ihren Zielen widerspiegelt. Da wir nicht über die Gehirne antiker Wirbeltiere verfügen, wird die Rekonstruktion der Entwicklung des Gehirns in der letzten halben Milliarde Jahre eine in sich konsistente Verknüpfung sehr komplexer molekularer, entwicklungsbezogener, anatomischer und funktioneller Daten erfordern. Wir leben in sehr aufregenden Zeiten, weil dies möglich wird“, schließt Laurent.
Referenz: „Molekulare Vielfalt und Evolution von Neuronentypen im Fruchtwasserhirn“ von David Hain, Tatiana Gallego-Flores, Michaela Klinkmann, Angeles Macias, Elena Ciirdaeva, Anja Arends, Christina Thum, Georgi Tushev, Friedrich Kretschmer, Maria Antonietta Tosches und Gilles Laurent, 2. September 2022,Wissenschaft.
DOI: 10.1126/science.abp8202
Verpassen Sie keinen Durchbruch:
Folgen Sie uns weiterUndGoogle News.
Aktie.
