Evolution Mensch und Affe: Hirnentwicklung verglichen

Kleine, hirnähnliche Klumpen aus Nervenzellen haben neue Einblicke in die Evolution der Unterschiede zwischen Menschen- und Affengehirnen geliefert. Diese «Mini-Hirne» zeigen beispielsweise, dass sich das menschliche Gehirn offenbar langsamer entwickelt.

Seit sie sich von einem gemeinsamen Vorfahren weiterentwickelt haben, sind die Gehirne von Menschen und Menschenaffen sehr verschiedene Wege gegangen. Aber wie kam es zu diesen Unterschieden? Dieser Frage ist ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der ETH Zürich und des Institute of Molecular and Clinical Ophthalmology Basel (IOB) nachgegangen.

Mithilfe von in Kulturschalen gezüchteten Nervenzellhaufen (Organoide), die Gehirnen in einem frühen Entwicklungsstadium ähneln, haben die Forschenden die Evolution der frühen Hirnentwicklung studiert und zwischen Menschen und Affen verglichen. Von ihren Ergebnissen berichteten sie kürzlich im Fachblatt «Nature».

Mensch, Schimpanse und Makake

Das Team, zu dem auch Barbara Treutlein von der ETH und Gray Camp vom IOB zählen, liess umprogrammierte menschliche Stammzellen in der Kulturschale zu solchen «Mini-Gehirnen» differenzieren und beobachteten sie während vier Monaten. Parallel verwendeten die Wissenschaftler auch Schimpansen- und Makakenzellen und verglichen die Entwicklung dieser Organoide.

Die «Mini-Hirne» aus Affenzellen entwickelten sich demnach schneller als die menschlichen Organoide. «Das deutet darauf hin, dass die menschliche neuronale Entwicklung langsamer stattfindet als in den anderen beiden Primaten», liess sich Treutlein in einer Mitteilung der Max-Planck-Gesellschaft zitieren.

Mutationen veränderten Genregulation

Zudem entdeckten die Forschenden bei den menschlichen Organoiden, dass Gene in anderen Zusammensetzungen und Mengen abgelesen wurden als bei den Affen-Organoiden. Möglicherweise hängen diese unterschiedlichen Gen-Expressionsmuster mit bestimmten Mutationen zusammen, die alle heute lebenden Menschen gemeinsam haben, hiess es in der Mitteilung.

Manche davon könnten die Bindung von Proteinen (sogenannte Transkriptionsfaktoren) an die DNA verändert haben, die wiederum steuern, wie stark gewisse Gene abgelesen werden, wie Gray Camp vom IOB Basel erklärte. Dies könnte die unterschiedlichen Expressionsmuster erklären.

Die Daten sollen als Basis für die weitere Erforschung der Dynamik der Genregulation während der frühen Hirnentwicklung dienen, schreiben die Forschenden. Insbesondere sollen sie helfen, Einblicke in die Unterschiede zwischen sich entwickelnden Menschen- und Affengehirnen zu gewinnen.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1654-9