به گزارش زیستنا به نقل از DPZ، ژنی به نام ARHGAP11B که به‌طور انحصاری در انسان وجود دارد، نقشی اساسی در تکوین نئوکورتکس (Neocortex) دارد. نئوکورتکس بخشی از مغز است که توانایی‌های ذهنی بالای خود را مدیون آن هستیم. گروهی از پژوهشگران از مرکز نخستی‌های آلمان (German Primate Center) یا به‌اختصار DPZ – انستیتو تحقیقات نخستی‌ها لایب‌نیتس (Leibniz Institute for Primate Research) در گوتینگن، انستیتو زیست‌شناسی سلولی مولکولی و ژنتیک ماکس پلانک (Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics) یا به‌اختصار MPI-CBG در درسدن و انستیتو کاربردی سازی تحقیقات مغز هکتور (Hector Institute for Translational Brain Research) یا HITBR در مانهایم اهمیت ARHGAP11B را در تکوین نئوکورتکس طی تکامل انسان بررسی کرده‌اند. برای انجام این کار، این گروه ژنی را که تنها در انسان وجود دارد، برای نخستین بار وارد ارگانوئیدهای مغزی شامپانزه‌ها کردند که در آزمایشگاه رشد داده شده بود. شامپانزه‌ها نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده ما محسوب می‌شوند. ژن ARHGAP11B در ارگانوئید مغز شامپانزه، سبب افزایش سلول‌های بنیادی مغز مرتبط با رشد مغز و افزایش نورون‌هایی شد که نقش مهمی در توانایی‌های ذهنی خارق‌العاده انسان دارند. از سوی دیگر، درصورتی‌که ژن ARHGAP11B در ارگانوئیدهای مغز انسان خاموش می‌شد، مقدار این سلول‌های بنیادی مغز به سطح شامپانزه کاهش می‌یافت؛ بنابراین، این گروه تحقیقاتی توانست نشان دهد که ژن ARGHAP11B نقش مهمی در تکامل مغز از اجداد ما تا انسان‌های امروزی ایفا کرده است.
مطالعات حیوانی روی میمون‌های بزرگ به دلایل اخلاقی مدت‌هاست که در اروپا ممنوع شده است. برای پرسشی که در اینجا مطرح شده است، ارگانوئیدها جایگزینی برای آزمایش‌های حیوانی هستند. ارگانوئیدها ساختارهای سلولی سه‌بعدی به اندازه چند میلی‌متر هستند که در آزمایشگاه رشد می‌کنند. این ارگانوئیدها را می‌توان از سلول‌های بنیادی پرتوان تولید کرد و سپس به انواع سلول‌های تخصصی مانند سلول‌های عصبی تمایز داده می‌شوند. به‌این‌ترتیب، پژوهشگران توانستند هم ارگانوئیدهای مغز شامپانزه و هم ارگانوئیدهای مغز انسان را تولید کنند. ویلند هاتنر (Wieland Huttner) از MPI-CBG، یکی از سه نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید: «این ارگانوئیدهای مغزی به ما اجازه می‌دهند تا پرسشی اصلی در مورد ARHGAP11B را بررسی کنیم.»
ویلند هاتنر می‌گوید: «در مطالعه پیشین ما توانستیم نشان دهیم که ARHGAP11B می‌تواند مغز نخستی‌ها را بزرگ کند. بااین‌حال، قبلاً مشخص نبود که آیا ARHGAP11B نقش اصلی یا جزئی در بزرگ شدن تکاملی نئوکورتکس انسان داشته است.» برای روشن شدن این موضوع، ژن ARGHAP11B ابتدا در ساختارهای شبه-بطن مغز (Brain Ventricle-Like Structures) ارگانوئیدهای شامپانزه وارد شد. آیا ژن ARGHAP11B سبب تکثیر آن گروه از سلول‌های بنیادی مغز، در مغز شامپانزه می‌شود که برای بزرگ شدن نئوکورتکس ضروری هستند؟ مایکل هاید (Michael Heide) نویسنده ارشد این مطالعه که سرپرست گروه پژوهشی تازه‌کار تکوین و تکامل مغز (the Junior Research Group Brain Development and Evolution) در DPZ و محقق در MPI-CBG گفت: «مطالعه ما نشان می‌دهد که این ژن در ارگانوئیدهای شامپانزه سبب افزایش سلول‌های بنیادی مغز مربوطه و افزایش آن دسته از سلول‌های عصبی می‌شود که در توانایی‌های ذهنی خارق‌العاده انسان نقش مهمی دارند.» هنگامی‌که ژن ARGHAP11B در ارگانوئیدهای مغز انسان حذف شد یا عملکرد پروتئین ARHGAP11B مهار شد، مقدار این سلول‌های بنیادی مغز به سطح یک شامپانزه کاهش یافت. مایکل هاید می‌گوید: «بنابراین ما توانستیم نشان دهیم که ARHGAP11B نقش مهمی در تکوین نئوکورتکس در طول تکامل انسان بازی می‌کند.» جولیا لادویگ (Julia Ladewig) از HITBR، سومین نویسنده ارشد این مقاله، اضافه می‌کند: «علاوه بر این با توجه به این نقش مهم ARHGAP11B، قابل‌تصور است که برخی از موارد تکوین‌های نادرست نئوکورتکس ممکن است ناشی از جهش در این ژن باشد.»
منبع: DPZ
Journal Reference:
Fischer, Jan, Eduardo Fernández Ortuño, Fabio Marsoner, Annasara Artioli, Jula Peters, Takashi Namba, Christina Eugster Oegema, Wieland B. Huttner, Julia Ladewig, and Michael Heide. “Human‐specific ARHGAP11B Ensures Human‐like Basal Progenitor Levels in Hominid Cerebral Organoids.” EMBO Reports ۲۳, no. 11 (November 7, 2022). https://doi.org/10.15252/embr.202254728.