ההיפותלמוס הוא אזור קטן אך קריטי בבסיס המוח השולט במערכת העצבים האוטונומית, מווסת את טמפרטורת הגוף, מסייע לרעב וצמא, מפעיל שליטה הורמונאלית על בלוטת יותרת המוח, מסייע בקביעת קצב עגול, משפיע על התנהגות מינית ועל רבייה, וממלא תפקיד בהתנהגות אינסטינקטיבית כמו פחד, פחד ומגע.
למרות גודלו הקומפקטי, הוא כולל מבנה ותפקוד מורכבים להפליא, יחד עם מגוון מגוון במיוחד של סוגים עצביים. אמנם הרבה ידוע על אזורי מוח כמו קליפת המוח והמוח הקטן, אך המנגנונים ההתפתחותיים וההתאמות האבולוציוניות של ההיפותלמוס של היונקים נותרו חמקמקים.
במחקר חדש שפורסם ב תא התפתחותי ב- 8 באפריל, צוות מחקר בראשותו של פרופ 'וו צ'ינגפנג במכון לגנטיקה וביולוגיה התפתחותית של האקדמיה הסינית למדעים הוכיח את ההתפתחות השמורות והחידושים האבולוציוניים בהיפותלמוס האנושי המתפתח.
המוח של היונקים מתפתח באמצעות סדרה מתוחכמת וכוריאוגרפית של אירועים מוסדרים גנטית: עיצוב תחומי אבות עצביים מובחנים (תאי מוח מוקדמים), מייצרים נוירונים מאבנים עצביים, קובע קשרים בין נוירונים וכיוונו עדין לתקשורת שלהם. בעוד שההיפותלמוס עוקב אחר תכנית דומה, דרוש מעקף התפתחותי ייחודי כדי להיות מסוגל להשיג את תפקידיו המגוונים.
בעבר, וו וצוותו הציעו "מודל מגוון מפל" כדי להסביר כיצד ההיפותלמוס מייצר את המגוון העצבני יוצא הדופן שלה. הם הראו כי אבות אבות עצביים, אבות ביניים ונוירונים המתהווים לאורך היררכיית השושלת תורמים לגיוון הגורל של נוירונים היפותלמיים באופן צעד.
במחקר חדש זה, הצוות של וו בדק מקרוב כיצד מארגנים תאי מוח בהיפותלמוס במהלך ההתפתחות, התחקו אחר כך שסוגים שונים של תאים יוצאים מאבנים עצביים ככל שהמוח גדל, וזיהו אילו תכונות גנטיות נשמרו על פני יונקים-ואילו מהם השתנו באופן ייחודי בבני אדם במהלך האבולוציה.
מחקר זה מקדם את ההבנה שלנו כיצד ההיפותלמוס מתפתח על ידי ביצוע שלושה סוגים של תרומות: מתודולוגי, קשור למשאבים ורעיוני. בצד המתודולוגי, החוקרים שילבו מספר טכניקות מתקדמות-תאי-תאים, רצף גרעין יחיד, וטרנסקריפטומיקה מרחבית-כדי לקבל מבט מפורט של פעילות הגנים במהלך התפתחות המוח. כמשאב הם השתמשו בנתונים אלה כדי ליצור מפה מרחבית המציגה היכן נמצאים תאי אבות עצביים שונים בהיפותלמוס היונקים המתפתחים.
לצורך התרומה הרעיונית, הם זיהו שלושה מרכזים מורפוגנטיים שמורים (המכונה "מארגנים שלישוניים") ששולחים אותות לתיאום אזורי היפותלמיקה מוקדמת, וחשפו פילוח אנטרופוסטריורי של הפרמורדיום ההיפותלמי של משפחת הגנים של שועל. ממצאים אלה מספקים תובנות מכניסטיות מרכזיות לגבי תהליך הדפוס העצבי המסדיר את התפתחות ההיפותלמוס האנושי והעכבר.
לאחר מכן הצוות השתמש בשיטות חישוביות כדי לשחזר עץ שושלת נוירוגני, תוך התחקות אחר כך שמתפתחים סוגים שונים של נוירונים היפותלמיים מאזורי אבות שונים. הם זיהו קבוצה של גורמי שושלת שמורים שעשויים להנחות תהליך התפתחותי זה. בנוסף, הם גילו תת-סוג עצבי מובהק הייחודי לבני אדם, שתפקידם טרם ידוע, והם צפו בגידול משמעותי בביטוי של גנים נוירומודולוריים-כאלו המקודדים לתעלות יונים, קולטנים ונוירונים נוירופטידים בנוירונים אנושיים.
מיפוי מרחבי חשף כי נוירונים נוירו-אנדוקריניים-באופן ספציפי, סוגי ה- GNRH וה- GHRH-מופצים באופן שונה אצל בני אדם בהשוואה לעכברים. זה מרמז כי המבנה והתפקוד של המערכת הנוירואנדוקרינית התפתחו באופן שונה בכל מין כדי לענות על צרכיהם הייחודיים.
בנוסף, השוואה בין מינים בין נוירונים דופמין היפותלמיים סיפקה הוכחות להשגה של הוכחה לשינוי פוטנציאלי בהעברה משותפת כפולה-טרנסמיטר (דופמין-GABA ודופמין-גלוטמט) וזוג פפטיד-ניורוטריטרנסמיטר (Dopamine-AVP).
סטייה זו עשויה לתרום להבדלים פנוטיפיים בין מינים, כמו שינויים אבולוציוניים בלמידה של תגמולים, התנהגות מונעת, דפוס צמיחת גוף ותגובת לחץ. כדי לתמוך בממצאים אלה, החוקרים פיתחו מסגרות למידת מכונות לשחזור שושלת והספקת רשת רגולטורית, המגובה על ידי מערכי נתונים טרנסקריפטיים רב-מינים.
באופן קולקטיבי, מחקר זה מגלה מנגנוני דפוס עצביים שמורים בהתפתחות היפותלמוס של יונקים, משחזר עץ שושלת נוירוגני ומזהה ארבע סטיקים אבולוציוניים אדפטיביים בפיתוח נוירונים אנושיים: שיפר תאי עצבים מעובדים נוירוכינים, שיפר את הנוירוכינה הנוירוכינית, והעבירו עצבים נוירוכיניזום, והעבירו את הנוירוכינין, והעצבניזום, וסיפרו-נוירוכינין, and, עצבים, נוירונים.
עבודה זו מציגה את הניתוח האינטגרטיבי הראשון של אונטוגניות סלולריות וסטייה אבולוציונית בהיפותלמוס היונקים המתפתח. הממצאים המקיפים מראים כי מבנים תת -קליפתיים אנושיים עשויים בדרך כלל לנקוט אסטרטגיות דפוס עצביות שמור, תוך התאמת הרכב עצבי, התפלגות מרחבית, רגישות קלט ויציבות של תפוקה עצבית לתמיכה בקוגניציה חברתית מתקדמת וגמישות התנהגותית.
החידוש בין נוירונים היפותלמיים שנחשף במחקר זה ישפר את ההבנה שלנו את המנגנונים הסלולריים העומדים בבסיס תפקודים פיזיולוגיים ספציפיים לאדם ופגיעויות מחלות.
