İnsan beyninin gelişimi diğer primatlardan nasıl ayrıldı?

Bir grup araştırmacı tarafından oluşturulan ve büyük maymunların ön beyinlerinin gelişimini ele alan hücresel atlas, insanlara özgü dinamik gen düzenleyici özellikleri de aydınlatıyor. Araştırmanın ortak yazarlarından olan Gray Camp, “Bazı genetik değişikliklerin transkripsiyon faktörü bağlantısını nasıl değiştirdiği ve bu gen ifade farklılıklarının nasıl oluştuğuyla ilgili potansiyel bir açıklamayı kanıtlamasını bekliyoruz” diyor.
Kübalı sanatçı Enrique Guisado Triay tarafından çizilen ve Almanya’nın Leipzig kentinde bulunan bir şempanze çizimi. (Görsel: Enrique Guisado Triay)

DUVAR – Almanya Leipzig’deki Max Planck Enstitüsü Evrimsel Antropoloji bölümünden, ayrıca İsviçre’deki Basel Moleküler ve Klinik Oftalmoloji Enstitüsü ve Zürih’teki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü’nden (ETH) araştırmacılar, insan beyninin gelişimi ve diğer büyük maymunlara kıyasla bu süreçteki farklılıkların nasıl oluştuğuyla ilgili yeni bilgilere ulaştılar.

Ekibin yaptığı çalışma, insanlara özgü beyin gelişiminin özelliklerini ortaya koyarken bu süreçlerin diğer primatlardan nasıl ayrıldığını gözler önüne seriyor.

İnsanlar, şempanzeler ve diğer büyük maymunlarla paylaştığı ortak atadan ayrıldığından beridir, insan beyni dramatik bir şekilde değişim gösterdi. Bununla birlikte, bu ayrışmadan sorumlu olan genetik ve gelişimsel süreçler henüz anlaşılamadı. Bir kap içerisinde kök hücrelerden yetiştirilen ‘serebral organoidler’ (beyin benzeri dokular), bizlere laboratuvar ortamında beynin erken evrelerdeki gelişiminin evrimini inceleme imkânı sunuyor.

Araştırmanın ortak başyazarlarından Sabina Kanton, Michael James Boyle ve Zhisong He, Gray Camp, Barbara Treutlein ve arkadaşlarıyla birlikte, (tek hücreli RNA dizisi ve ATAC dizisi denilen yöntemleri kullanarak) gen ifadesi ve düzenlemesinin dinamiklerini araştırmak için kök hücrelerden gelişim sürecinde insan beyin organoidlerini (organsı) incelediler.

Yazarlar, bununla birlikte, organoid gelişiminin insanlarda nasıl farklılaştığını anlamak amacıyla şempanze ve makakların ‘serebral organoidlerini’ de inceledi. Araştırmanın ortak yazarı Barbara Treutlein, “Şempanze ve makak organoidlerinde, aynı gelişim noktasında insan organoidlerine kıyasla daha belirgin bir kortikal nöron* olgunlaşması gözlemledik”, diyor. “Bu, bize, insan nöronal gelişiminin diğer iki primattan daha yavaş gerçekleştiğini düşündürdü.”

İNSANA ÖZGÜ GEN İFADESİ VE DÜZENLEMESİ

Araştırmacılar, bunların yanı sıra, nöronların üretimi ve olgunlaşması sırasında insanlara özgü ifade modelleri gösteren genleri tanımladılar. Gen ifadesi, açık veya kompakt bir durumda olabilen DNA’nın erişimiyle düzenlenebiliyor. Yazarların tespit ettiği gen ifadesi değişimlerinin büyük kısmı, insan genomunun (gen diziliminin/ç.n.) erişimindeki yakın değişimlerle bağlantılı olabilir.

Farklı açılardan erişilebilir olan bölgelerin çoğu, bugün yaşayan tüm insanlar arasında paylaşılan mutasyonları barındırır ve bunlardan bazıları DNA erişilebilirliğinde ve gen ifadesinde gözlemlenen değişikliklerden sorumlu olabilir.

Araştırmanın ortak yazarlarından olan Gray Camp, “Bazı genetik değişikliklerin transkripsiyon faktörü** bağlantısını nasıl değiştirdiği ve bu gen ifade farklılıklarının nasıl oluştuğuyla ilgili potansiyel bir açıklamayı kanıtlamasını bekliyoruz,” diyor. “Belirlediğimiz gen düzenlemesi değişiklikleri arasında, insanlarda diğer primatlara göre daha büyük beyin ve bilişsel yeteneklere katkıda bulunanlar olabilir.”

Yazarlar, bunlara ek olarak, beynin, insan türünde büyüklüğü artmış olan ve karmaşık bilişsel davranışları etkilediğine inanılan yetişkin ‘prefrontal korteksindeki’ insana özgü gen ifadesini de araştırdı. Spesifik hücre tiplerinde, yetişkinlerin beynine özgü değişimlerin yanı sıra gen ifadesinde yetişkinlikte devam eden gelişim farklılıklarını da saptadılar.

Araştırmacılar, “Elimizdeki veriler, erken dönemde beynin gelişimi esnasındaki gen düzenleme dinamikleri mekanizmalarına, özellikle de büyüme sürecindeki insan ve şempanze beyinlerini potansiyel olarak birbirinden ayıranları araştırmaya rehberlik edecek daha fazla kaynak sunuyor” diyorlar.

*Kortikal Nöron veya üst motor nöronlar, serebral korteks veya beyinsapının motor bölgesinde meydana gelen bir tür motor nörondur ve motor bilgisini son ortak ağa taşır.

**Moleküler biyolojide bir transkripsiyon faktörü, genlerin kopyalanmasını ya da uyarlanmasını düzenlemek için DNA üzerinde belli bir diziye bağlanabilen bir proteindir. Bunlar ‘diziye özgün DNA bağlanma proteini’ olarak da adlandırılır. Transkripsiyon faktörleri tek başına veya bir komplekste yer alan başka proteinlerle beraber, RNA polimeraz tarafından bir genin transkripsiyonunu ya kolaylaştırır veya engellerler.

Max Planck Enstitüsü ortak araştırma grubu tarafından hazırlanmıştır.

(Çeviren: Tarkan Tufan/Kaynak)