Неокортикальный нейрогенез у современных людей лучше, чем у неандертальцев

Мозг неандертальца был похож по размеру на мозг современного человека, но отличался по форме. Что ученые не могут сказать по окаменелостям, так это то, как мозг неандертальца мог отличаться по функциям или организации слоев мозга, таких как неокортекс, внешняя область коры головного мозга. Исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка проанализировали влияние одной аминокислотной замены в транскетолазоподобном белке 1 (TKTL1) на производство базальной радиальной глии, рабочих лошадок, которые генерируют большую часть неокортекса.

Неокортекс или новая кора — это эволюционно развитая структура мозга, отвечающая за когнитивные способности. Он располагается в верхнем слое полушарий мозга, имеет толщину 2 — 4 миллиметра и отвечает за высшие нервные функции — сенсорное восприятие, выполнение моторных команд, осознанное мышление, речь у людей.

Размер неокортекса линейно коррелирует с количеством поддерживаемых постоянных социальных связей. Неокортекс является наиболее развитым по своей организации и количеству слоев из мозговых тканей.

Однако эволюция неокортекса у гомининов изучена недостаточно, и хотя ископаемые свидетельства указывают на то, что мозг неандертальца был похож по размеру на мозг современного человека, остается неизвестным, как они могли отличаться по функциям или структуре.

Предыдущие исследования показали, что различия в популяциях нервных клеток-предшественников могут приводить к вариабельности размера и формы неокортекса у живых видов.

В новом исследовании ученые из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка сравнили геномные последовательности современных людей с неандертальцами и обнаружили уникальную аминокислотную замену, закодированную в гене TKTL1 современных людей.

При помещении в органоиды или сверхэкспрессии в мозге мышей и хорьков они обнаружили, что вариант человеческого TKTL1 ( hTKTL1 ) вызывает большее образование нейропредшественников базальной радиальной глии, чем архаичный вариант, что приводит к пролиферации нейронов неокортекса.

Нарушение экспрессии hTKTL1 или замена hTKTL1 архаичным вариантом в неокортикальной ткани плода человека и церебральных органоидах приводит к уменьшению образования базальной радиальной глии и нейронов.

«Мы обнаружили, что с аминокислотой неандертальского типа в TKTL1 производилось меньше базальных радиальных глиальных клеток, чем с современным человеческим типом, и, как следствие, меньше нейронов», — говорят ученые.

«Это показывает нам, что, хотя мы не знаем, сколько нейронов было в мозгу неандертальца, мы можем предположить, что у современных людей больше нейронов в лобной доле мозга, где активность TKTL1 более высокая, чем у неандертальцев».

«Наше исследование предполагает, что производство нейронов в неокортексе во время развития плода у современных людей больше, чем у неандертальцев, особенно в лобной доле», — сказал профессор Виланд Хаттнер, старший автор исследования.

«Заманчиво предположить, что это способствовало развитию когнитивных способностей современного человека, связанных с лобной долей».

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.