DOOR AAFKE KOK - FOTO: S.BENITO-KWIECINSKI/MRC LMB/CELL - 27-03-2021 - Neurobiologie
Menselijke breinorganoïden (links) zijn na 5 weken substantieel groter dan die van gorilla (midden) en chimpansees (rechts). Foto's: S. Benito-Kwiecinski/MRC LMB/Cell
Een timingverschil in expressie van ZEB2 speelt mogelijk een rol in breinevolutie.
Dat het menselijk brein een stuk meer neuronen bevat dan dat van naaste verwanten als chimpansees en gorilla’s, heeft het orgaan te danken aan gen ZEB2. Dat stelt een team van overwegend Britse onderzoekers 24 maart in Cell. Bij mensen verhoogt de expressie van ZEB2 op een later moment dan bij apen, zodat een verandering in neuronvoorlopercellen nog even uitblijft en de voorlopers meer tijd krijgen om neuronen te produceren. ZEB2 zou daarmee een belangrijke kandidaat zijn om het groter worden van het menselijke brein gedurende de evolutie te verklaren.
Voorlopercellen
De Britten komen ZEB2 op het spoor door humane, chimpansee- en gorillabreinorganoïden te vergelijken. Daarin zien ze dat voorlopercellen na een paar dagen van vorm veranderen: van cilinder naar ijshoornachtig, wat ze minder geschikt maakt om te splitsen in dochtercellen die uiteindelijk neuronen worden. De cilinder-ijshoorntransitie vindt bij de apen-mini-breintjes na zo’n vijf dagen plaats, terwijl de cellen in de humane breinorganoïde pas na zeven dagen van vorm veranderen.
Ook bij deze mini-breintjes is de humane versie (boven) beduidend groter dan het gorillamodel (onder). Foto's: S. Benito-Kwiecinski/MRC LMB/Cell
GORILLAVERSIE
Met rna-sequencing brengen de Britten vervolgens genexpressiepatronen in kaart. ZEB2 valt daarbij op; waar het m-rna-niveau van ZEB2 bij een ontwikkelend gorillabreinorganoïde na vijf dagen piekt, doet het dat bij de humane variant pas na tien dagen. Door de expressie van ZEB2 in een menselijk mini-breintje te manipuleren, slagen de biologen erin de ontwikkeling van de organoïde zo bij te sturen dat die meer op een gorillaversie lijkt. Het omgekeerde lukt ook: door op het juiste moment de effecten van ZEB2 te beïnvloeden, gaat een gorillabreinorganoïde meer op de humane variant lijken.
Sleutelregulator?
‘ZEB2 zou een verrassende kandidaat zijn; het komt in veel diersoorten voor en speelt daar een vergelijkbare rol’, vertelt Frank Jacobs, groepsleider evolutionary neurogenomics aan de Universiteit van Amsterdam. ‘Een mens-specifiek verschil in ZEB2-functie zou dan voort moeten komen uit veranderingen van het tijdstip en/of celtype waarin het gen tot expressie komt. Maar afgezien van een vergelijking tussen mens- en gorillaorganoïden is daar nog weinig bewijs voor geleverd.’ Met ZEB2 als key regulator voor de evolutie van het grotere menselijke brein, zoals de Britten stellen, kan Jacobs dus niet helemaal meegaan. ‘Gezien ook de recente ontdekkingen van een aantal mens-specifieke genen die betrokken zijn bij de vroege fases van hersenontwikkeling, zou ik liever stellen dat ZEB2 mogelijk één van de genen is die hebben bijgedragen aan de evolutie van het menselijk brein.’