Трансгенные макаки резус демонстрируют человеческую модель развития мозга

Макаки резус с человеческим геном MCPH1 демонстрируют человеческую модель развития мозга.

По результатам исследованных обезьян первого поколения (8 особей) и 2-го поколения (3 особи) было продемонстрировано увеличение объёма мозга у обезьян.

Размер мозга и когнитивные навыки являются наиболее кардинально измененными чертами человека в ходе эволюции, и все же генетические механизмы, лежащие в основе этих специфических для человека изменений, остаются неясными.

По результатам исследованных обезьян первого поколения (8 особей) и 2-го поколения (3 особи) было продемонстрировано увеличение объёма мозга у обезьян, несущих человеческие копии MCPH1, важного гена для развития мозга и его эволюции.

Анализ изображений головного мозга и срезов тканей показал измененный характер дифференцировки нервных клеток, что привело к задержке созревания нейронов и миелинизации нервных волокон у трансгенных обезьян, аналогично известному эволюционному изменению задержки развития (неотения) у людей.

Дальнейший анализ транскриптома головного мозга и срезов тканей основных стадий развития показал заметную человеческую задержку экспрессии генов дифференцировки нейронов и синаптических сигналов, обеспечивая молекулярное объяснение наблюдаемой задержки развития мозга у трансгенных обезьян.

Что еще более важно, трансгенные обезьяны демонстрировали лучшую кратковременную память и более короткое время реакции по сравнению с дикими типами.

Представленные данные представляют собой первую попытку экспериментально исследовать генетическую основу происхождения человеческого мозга с использованием модели трансгенных обезьян и оценивают использование приматов, отличных от человека, для понимания уникальных человеческих качеств.

Фото

2. Отслеживание развития головного мозга обезьян TG с помощью структурной МРТ. (A) Левая панель: ультразвуковое изображение, показывающее обезьян-близнецов (TG_01 и TG_02) на 58-й день беременности. Правая панель: новорожденные двойные обезьяны TG: TG_01 (самец, слева) и TG_02 (самка, справа). (B) Левая панель: геномное распределение трансгенных копий huMCPH1 у обезьян TG. Сайты вставки трансгена (точки) случайным образом распределены по хромосомам (внешний круг). Правая панель: гистограмма номеров копий huMCPH1 у обезьян TG. (C) Левая панель: временные точки (log10 (возраст-дни)) сканирований МРТ пяти TG и шести обезьян WT, с первым сканированием примерно через 2 месяца после рождения и последним сканированием в возрасте 2–3 лет. Правая панель: схематическая карта областей мозга. (D) Изменение относительного объема мозга (измеряется на общий объем мозга, деленный на массу тела) во время развития. (E) Изменение толщины коры во время развития. (F) Изменение объема и соотношения серого вещества коры во время развития мозга. (G) Изменение объема и соотношения белого вещества коры во время развития мозга. P-значение группового эффекта рассчитывали на основе LMM (линейная смешанная модель), а P <0,05 принимали как статистически значимое. Пунктирные вертикальные линии указывают пики объемов или соотношений серого вещества коры.

3. Информация о трансгенных обезьянах

4. Иммуногистохимический анализ мозга с использованием генных маркеров. (A) Схематическое обозначение образца области лобной доли мозга обезьяны P76. (B) Иммуногистохимическое окрашивание NeuN, маркерного гена для зрелых нейронов. Количественное определение NeuN-позитивных нейронов указывает на меньшее количество зрелых нейронов у обезьян TG по сравнению с обезьянами WT. (C) Иммуногистохимическое окрашивание GFAP, маркерного гена для зрелых астроцитов. Количественное определение GFAP-положительных астроцитов указывает на снижение зрелых астроцитов у обезьян TG. (D) Иммуногистохимическое окрашивание DCX, маркерного гена для незрелых нейронов. Количественное определение DCX-позитивных нейронов указывает на большее количество незрелых нейронов у обезьян TG. (E) Иммуногистохимическое окрашивание FABP, маркерного гена для незрелых астроцитов. Количественное определение FABP-положительных астроцитов указывает на более незрелые астроциты у обезьян TG. Все гистограммы представляют собой среднее значение ± стандартное отклонение, по крайней мере, для двух секций, и каждая секция содержит счетчики четырех различных полей зрения Красные стрелки показывают положительно окрашенные клетки. Двухсторонний непарный t-критерий использовался для статистической оценки, а CN обозначает номер копии.

5. Анализ транскриптома мозга у пренатального Е136 и постнатального Р76. (A) Диаграммы Венна, показывающие перекрытия между дифференциально экспрессированными генами (DEG, TG против WT) в мозге между E136 и P76. (B) Обогащенные кластеры генов DEG в мозге. Зеленые блоки указывают кластеры, связанные с синапс-сигнализацией. (C) Диаграммы Венна, показывающие перекрытия между общими генами E136 / P76, генами синаптомов и генами synsysnet. Гипергеометрические тесты показывают значительное совпадение с генами синаптом (P = 4.89E-08) и с генами synsysnet (P = 7.74E-06). (D) Круговая диаграмма общих генов E136 / P76, показывающая, что около 50% генов являются генами, связанными с синапсами и постсинапсами. (E) Иерархическая кластеризация с использованием общих мозговых DEG E136 / P76.

6. Транскриптомный анализ корковых пластин на E76 и E92. (A) Лазерная микродиссекция кортикального слоя и анализ RNAseq. Левая панель: окрашивание Nissl коры E76 (TG-09), показывающее кортикальные пластинки. Средняя панель: карты PCA E76 и E92, основанные на уровнях экспрессии всех генов. Правая панель: клеточно-маркерный анализ с SOX2 для нейропрогениторной клетки и SYT1 для нейрона. (B) Графики вулканов, показывающие парные сравнения экспрессии генов между указанными пластинками E76. (C) графики вулканов, показывающие парные сравнения экспрессии генов между указанными пластинками E92. (D) Четыре зрелых генных создателя нейрона, показывающие задержку экспрессии у обезьян TG.

7. Проверка кратковременной памяти с помощью задачи DMS. (A) Принципиальная схема задачи DMS. (B) Результаты испытаний DMS, показывающие различные характеристики между обезьянами TG и WT при разных временах задержки, включая 0–4, 8, 16 и 32 с. В нижней правой панели представлены объединенные данные DMS за все время задержки. Значения P группового эффекта для сравнения процентной коррекции были рассчитаны на основе общей линейной модели (GLM), а поправки для множественных тестов проводились с использованием Bonferroni. Значения P для времени реакции были рассчитаны с использованием двустороннего критерия Стьюдента.

По данным исследований Оксфордской академии

Комментарии: