تحقیقات جدید: ژن‌های منحصر‌به‌فرد مغز انسان در برابر استرس اکسیداتیو محافظت می‌کنند
مغز انسان در طول تکامل نسبت به خویشاوندان نخستی‌سان بزرگ‌تر شده است اما این رشد هزینه‌های عصبی داشته است. دانشمندان با مطالعه این تحول، ویژگی‌های ژنتیکی منحصر‌به‌فردی را کشف کرده‌اند که نشان می‌دهد سلول‌های مغز انسان چگونه استرس ناشی از کارکرد یک مغز بزرگ را کنترل می‌کنند. این پژوهش می‌تواند مبنای کار‌های جدید برای درک بیماری‌هایی مانند پارکینسون و اسکیزوفرنی باشد.
به گزارش نشریه نیچر، این تحقیق بر روی نورون‌های تولیدکننده انتقال‌دهنده عصبی دوپامین تمرکز دارد که برای حرکت، یادگیری و پردازش اضطراب حیاتی هستند. پژوهشگران با مقایسه هزاران نورون دوپامین پرورش‌یافته در آزمایشگاه از انسان، شامپانزه، ماکاک و اورانگوتان دریافتند که نورون‌های دوپامین انسانی ژن‌های بیش‌تری را بیان می‌کنند که فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های مقابله‌کننده صدمه را افزایش می‌دهند.
آندره سوزا، عصب‌شناس دانشگاه ویسکانسین مدیسن، گفت یافته‌های این پژوهش تا به حال مورد بررسی قرار نگرفته بودند اما گامی به سوی درک تکامل مغز انسان و تمام پیامد‌های بالقوه منفی و مثبت همراه با آن است. مهم است که واقعا تلاش کنیم تا بفهمیم چه چیزی در مورد مغز انسان منحصر‌به‌فرد است و گمان می‌رود این امر به گسترش درمان‌های نوین یا حتی پیشگیری از بیماری در آینده کمک کند.
الکس پولن، متخصص علوم اعصاب دانشگاه کالیفرنیا سن‌فرانسیسکو، اظهار داشت درست همان‌طور که راه رفتن عمودی به مشکلات زانو و کمر منجر شده و تحول در ساختار فک و رژیم غذایی به مشکلات دندانی انجامیده، رشد سریع مغز انسان نیز با گذشت زمان چالش‌هایی را برای سلول‌های خود ایجاد کرده است. فرضیه ما این بود که همین فرآیند امکان‌پذیر رخ داده باشد و نورون‌های دوپامین امکان‌پذیر عامل شکل‌گیری مفاصل آسیب‌پذیر باشند.
پولن و همکارانش با بهره‌گیری از فناوری تصویربرداری نشان دادند که دو ناحیه نیازمند دوپامین در مغز انسان به طور قابل‌توجه‌ی بزرگ‌تر از همتای خود در ماکاک‌ها هستند. قشر جلوی مغز ۱۸ برابر بزرگ‌تر و جسم مخطط تقریبا هفت برابر بزرگ‌تر است.
پولن افزود با وجود این، تعداد نورون‌های دوپامین انسان‌ها فقط دو برابر خویشاوندان نخستی‌سان آن‌هاست. به این دلیل، این نورون‌ها در مغز بزرگ‌تر و پیچیده‌تر انسان باید مسافت بیش‌تری را بپیمایند و سخت‌تر کار کنند. هر یک از آن‌ها بیش از دو می‌لیون سیناپس را برقرار می‌کنند.
نناد سستان، عصب‌شناس رشد دانشگاه ییل، بیان کرد نورون‌های دوپامین، ورزشکاران واقعی هستند. آن‌ها به طور مداوم فعال می‌شوند.
پولن و همکارانش برای درک اینکه چگونه نورون‌های دوپامین انسان با نیاز‌های یک مغز بزرگ سازگار شده‌اند، نمونه‌هایی از این سلول‌ها را در آزمایشگاه پرورش دادند. آن‌ها سلول‌های بنیادی را که می‌توانند به انواع سلول‌ها تبدیل شوند، از هشت انسان، هفت شامپانزه، سه ماکاک و یک اورانگوتان گرفتند و آن‌ها را به ساختار‌های می‌نیاتوری شبیه مغز به نام ارگانوئید تبدیل کردند. پس از ۳۰ روز، این ساختار‌ها تولید دوپامین را آغاز کردند که مشابه عملکرد مغز در حال رشد است.
در مرحله بعد، این گروه پژوهشی به طور ژنتیکی نورون‌های دوپامین را توالی‌یابی کردند تا آشکار کنند کدام ژن‌ها فعال شده‌اند و چگونه کنترل می‌شوند. پژوهشگران با تحلیل نورون‌های انسان و شامپانزه دریافتند که نورون‌های انسان، سطوح بالا‌تری از ژن‌هایی را بیان می‌کنند که استرس اکسیداتیو را تحت مدیریت دارند. استرس اکسیداتیو نوعی صدمه سلولی است که می‌تواند توسط فرآیند انرژی‌سازی در تشکیل دوپامین ایجاد شود. این ژن‌ها آنزیم‌هایی را کدگذاری می‌کنند که به تجزیه و خنثی کردن مولکول‌های سمی موسوم به گونه‌های فعال اکسیژن می‌پردازند. این مولکول‌ها می‌توانند به سلول‌ها صدمه بزنند.
پژوهشگران برای بررسی اینکه آیا نورون‌های دوپامین انسان واکنش‌های استرس منحصر‌به‌فردی دارند یا خیر، از یک آفت‌کش استفاده کردند که استرس اکسیداتیو را در ارگانوئید‌ها القا می‌کند. آن‌ها دریافتند نورون‌های ایجادشده از سلول‌های انسان، تولید نوعی مولکول به نام BDNF را افزایش می‌دهند که در افراد مبتلا به اختلالات عصبی مانند بیماری پارکینسون کاهش می‌یابد. آن‌ها واکنش مشابه‌ی را در نورون‌های شامپانزه مشاهده نکردند.
درک این مکانیسم‌های محافظتی می‌تواند به گسترش درمان‌هایی بیانجامد که دفاع سلولی را در افراد در معرض خطر بیماری پارکینسون تقویت کنند. سوزا گفت برخی از این محافظت‌ها امکان‌پذیر به علت جهش، در همه افراد وجود نداشته باشند. این یک آسیب‌پذیری اضافی را در آن افراد ایجاد می‌کند.
ارگانوئید‌های مورد استفاده در این پژوهش، نورون‌های در حال رشد را نشان می‌دهند که معادل نورون‌های موجود در بدن جنین هستند و پیچیدگی نورون‌های بالغ را به طور کامل نشان نمی‌دهند. سوزا افزود پژوهش‌های آینده باید بررسی کنند که چگونه این مکانیسم‌های محافظتی در نورون‌های بالغ و پیر عمل می‌کنند چون بیماری‌های دژنراتیو که بر این سلول‌ها تأثیر می‌گذارند، معمولا در سنین پایین وجود ندارند.