Αναπτυξιακές -εξελικτικές καινοτομίες στον ανθρώπινο υποθάλαμο εξηγούν πολλά...

10 Απριλίου 2025, 07:00

Ο υποθάλαμος είναι μια μικρή αλλά κρίσιμη περιοχή στη βάση του εγκεφάλου που ελέγχει το αυτόνομο νευρικό σύστημα, ρυθμίζει τη θερμοκρασία του σώματος, σηματοδοτεί την πείνα και τη δίψα, συμβάλει στη ρύθμιση των κιρκάδιων ρυθμών, επηρεάζει τη σεξουαλική συμπεριφορά και την αναπαραγωγή και διαδραματίζει σημαντικό ρόλο σε ενστικτώδεις συμπεριφορές όπως ο φόβος και η σύγχυση. Παρά το συμπαγές μέγεθός του, διαθέτει εξαιρετικά περίπλοκη δομή και λειτουργία, μαζί με μία πολυεπίπεδη σειρά νευρωνικών τύπων. Ενώ πολλά είναι γνωστά για περιοχές του εγκεφάλου, όπως ο εγκεφαλικός φλοιός και η παρεγκεφαλίδα, οι αναπτυξιακοί μηχανισμοί και οι εξελικτικές προσαρμογές του υποθαλάμου των θηλαστικών παραμένουν άγνωστα.

Τώρα, σε νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Developmental Cell, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή WU Qingfeng στο Ινστιτούτο Γενετικής και Αναπτυξιακής Βιολογίας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών μελέτησε την κυτταρική ανάπτυξη και τις εξελικτικές καινοτομίες στον αναπτυσσόμενο ανθρώπινο υποθάλαμο.

Παλαιότερα, ο WU και η ομάδα του είχαν προτείνει ένα μοντέλο για να εξηγήσουν πώς ο υποθάλαμος δημιουργεί την εξαιρετική νευρωνική του ποικιλομορφία. Έδειξαν ότι οι νευρικοί πρόγονοι, οι ενδιάμεσοι πρόγονοι και οι εκκολαπτόμενοι νευρώνες κατά μήκος της ιεραρχίας της γενεαλογίας συμβάλλουν στη μοίρα διαφοροποίησης των υποθαλαμικών νευρώνων με σταδιακό τρόπο.

Σε αυτή τη νέα μελέτη, η ομάδα του WU εξέτασε προσεκτικά πώς οργανώνονται τα εγκεφαλικά κύτταρα στον υποθάλαμο κατά την ανάπτυξη, εντόπισε πώς αναδύονται διαφορετικοί τύποι κυττάρων από νευρικούς προγόνους, καθώς μεγαλώνει ο εγκέφαλος και εντόπισε ποια γενετικά χαρακτηριστικά έχουν διατηρηθεί στα θηλαστικά - και ποια άλλαξαν μοναδικά στους ανθρώπους κατά τη διάρκεια της εξέλιξης.

Αρχικά, εντόπισαν 3 μορφογενετικά κέντρα που στέλνουν σήματα για να συντονίσουν ένα μέρος του υποθαλάμου, αποκαλύπτοντας μια κατάτμηση του υποθαλαμικού αρχέγονου από την οικογένεια γονιδίων FOX. Αυτά τα ευρήματα παρέχουν βασικές μηχανιστικές γνώσεις σχετικά με τη διαδικασία νευρωνικών μοτίβων που διέπουν την ανάπτυξη του υποθαλάμου του ανθρώπου και του ποντικού.

Στη συνέχεια, η ομάδα χρησιμοποίησε υπολογιστικές μεθόδους για να ανακατασκευάσει ένα νευρογενές δέντρο γενεαλογίας, εντοπίζοντας πώς αναπτύσσονται διαφορετικοί τύποι υποθαλαμικών νευρώνων από διάφορες προγονικές περιοχές. Προσδιόρισαν ένα σύνολο συντηρημένων παραγόντων γενεαλογίας που μπορεί να καθοδηγούν αυτήν την αναπτυξιακή διαδικασία. Επιπλέον, ανακάλυψαν έναν ξεχωριστό νευρωνικό υπότυπο μοναδικό στον άνθρωπο, του οποίου η λειτουργία δεν είναι ακόμη γνωστή, και παρατήρησαν μια σημαντική αύξηση στην έκφραση νευροτροποποιητικών γονιδίων-όπως αυτά που κωδικοποιούν διαύλους ιόντων, υποδοχείς και νευροπεπτίδια στους ανθρώπινους νευρώνες.

Η χωρική χαρτογράφηση αποκάλυψε ότι οι νευροενδοκρινείς νευρώνες - ειδικά, οι τύποι GnRH και GHRH - κατανέμονται διαφορετικά στους ανθρώπους σε σύγκριση με τα ποντίκια. Αυτό υποδηλώνει ότι η δομή και η λειτουργία του νευροενδοκρινικού συστήματος έχουν εξελιχθεί διαφορετικά σε κάθε είδος για να καλύψει τις μοναδικές του ανάγκες.

Επιπλέον, μια σύγκριση μεταξύ των ειδών των νευρώνων της υποθαλαμικής ντοπαμίνης παρείχε αποδεικτικά στοιχεία για μια πιθανή μετατόπιση στη συν-μετάδοση διπλού διαβιβαστή (ντοπαμίνη-GABA και ντοπαμίνη-γλουταμινική) και τις συζεύξεις πεπτιδίου-νευροδιαβιβαστή (ντοπαμίνη-AVP και ντοπαμίνη-GHRH) μεταξύ των ειδών.

Οι διαφορές μας από τα άλλα θηλαστικά

Αυτές οι αποκλίσεις μπορεί να συμβάλλουν σε φαινοτυπικές διαφορές μεταξύ των ειδών, όπως οι εξελικτικές αλλαγές στη μάθηση ανταμοιβής, η παρακινημένη συμπεριφορά, το πρότυπο ανάπτυξης του σώματος και η απόκριση στο στρες. Για να υποστηρίξουν αυτά τα ευρήματα, οι ερευνητές ανέπτυξαν πλαίσια μηχανικής μάθησης για ανακατασκευή γραμμών και συμπεράσματα ρυθμιστικών δικτύων, που υποστηρίζονται από μεταγραφικά σύνολα δεδομένων πολλών ειδών.

Συλλογικά, αυτή η μελέτη αποκαλύπτει διατηρημένους μηχανισμούς νευρωνικών μοτίβων στην ανάπτυξη του υποθαλάμου θηλαστικών, αναδομεί ένα νευρογενές δέντρο γενεαλογίας και εντοπίζει τέσσερις προσαρμοστικές εξελικτικές αποκλίσεις στους αναπτυσσόμενους ανθρώπινους νευρώνες: Έναν νευρωνικό υπότυπο εμπλουτισμένο με τον άνθρωπο, ενισχυμένη νευροτροποποίηση, ανακατανεμημένους νευροενδοκρινικούς νευρώνες και ανακατανεμημένους νευροενδοκρινικούς νευρώνες.