Azt hittük, egyetlen szervként fejlődik az agy - most kiderült, ennél sokkal furcsább a történet

Hajlamosak vagyunk úgy gondolni az agyra, mint egyetlen szervre, amelynek különböző részei más-más feladatokat végeznek. Egy új kutatás azonban ennél jóval különösebb képet rajzol: az agy elülső és hátsó területei már az embrionális fejlődés legelején eltérő sejtvonalon indulhatnak el, mintha két ősi idegrendszeri programból épülne fel az, amit ma egységes emberi agynak nevezünk.

Az agy két része sokkal különbözőbb lehet, mint gondoltuk

Az emberi agy különböző területeinek eltérő feladatai régóta ismertek. Az előagyhoz kötődnek többek között azok az összetett képességek, amelyek lehetővé teszik az elvont gondolkodást és a társas viselkedés számos elemét. A hátsóagy ezzel szemben olyan alapvető életfunkciók szabályozásában vesz részt, mint a légzés, a nyelés vagy a mozgások irányítása.

Eddig azonban mindez nem feltétlenül jelentette azt, hogy fejlődési szempontból is ennyire mély választóvonal húzódik a területek között. Sokáig abból indultak ki, hogy az embrionális fejlődés során lényegében ugyanabból a kezdeti idegi sejtvonalból jönnek létre az agy különböző részei, és ezek a sejtek később specializálódnak.

Az új eredmények éppen ezt a képet kérdőjelezik meg. A kutatók szerint az elő- és középagyat létrehozó sejtek, valamint a hátsóagy kiindulási sejtjei már rendkívül korán elkülönülnek egymástól.

Ez nem azt jelenti, hogy szó szerint „két agy” lenne a fejünkben. Sokkal inkább arról van szó, hogy az egységesen működő szerv két, fejlődési szempontból különböző eredetű rendszerből épülhet fel.

Két sejtvonal jelenik meg már az embrionális fejlődés elején

A kutatók egérembriók fejlődését vizsgálva arra lettek figyelmesek, hogy az agy különböző részei már egészen korán két eltérő sejtcsoportból kezdenek kialakulni. Az egyikből később főként az előagy és a középagy, a másikból pedig a hátsóagy fejlődik ki.

A különbség már az embrionális fejlődés első napjaiban látható. Ráadásul a két sejtcsoportban más-más gének kapcsolódnak be: az egyikben elsősorban az Otx2, a másikban a Gbx2 nevű gén aktív. Ezek a gének fontos szerepet játszanak abban, hogy a fejlődő sejtekből végül az agy mely területei alakulnak ki.

A két sejtcsoport tehát nem egyszerűen ugyanannak a sejttípusnak két későbbi változata. Bár fejlődésük során szoros kapcsolatba kerülnek egymással, már a kezdetektől eltérő „útvonalon” haladnak. Ez az egyik legfontosabb felismerése az új kutatásnak.

Még a DNS „csomagolása” is eltér

A különbség nem áll meg az aktív géneknél. A kutatók azt is megfigyelték, hogy eltér a kromatin szerveződése a két sejtcsoportban.

A kromatin leegyszerűsítve az a DNS-ből és fehérjékből álló rendszer, amely meghatározza többek között azt is, hogy a sejt genetikai állományának mely részei legyenek könnyebben hozzáférhetők és használhatók. Ha két sejtben jelentősen eltér a kromatin szerkezete, az arra utalhat, hogy fejlődési lehetőségeik sem teljesen azonosak.

Ezt kísérletekkel is megpróbálták ellenőrizni. Amikor a hátsóagy kiindulási sejtjeit arra próbálták késztetni, hogy előagyi neuronokká váljanak, a folyamat nagyrészt sikertelen maradt. Fordított irányban hasonló eredményre jutottak.

Vagyis úgy tűnik, hogy létezik egy olyan korai fejlődési határvonal, amelyet később már nem egyszerű átlépni.

Ez magyarázhat egy régi laboratóriumi problémát

A felfedezés arra is magyarázatot adhat, miért okozott eddig ekkora nehézséget a hátsóagy bizonyos idegsejtjeinek laboratóriumi előállítása.

A kutatók úgynevezett pluripotens őssejtekkel dolgoznak, amelyekből megfelelő körülmények között a szervezet számos különböző sejttípusa létrehozható. Ehhez azonban pontosan a megfelelő fejlődési „utasításokat” kell adni a sejteknek. A hátsóagy neuronjainál ez sokáig nem működött megfelelően.

Az új kutatás alapján ennek az lehetett az oka, hogy a tudósok nem a megfelelő kiindulási sejtekből próbálták létrehozni őket. Olyan sejteket igyekeztek hátsóagyi neuronokká alakítani, amelyek már az elő- és középagy kialakulásához vezető fejlődési úton haladtak. Az új eredmények szerint azonban ezt az irányt nem lehet egyszerűen néhány molekuláris jel segítségével megváltoztatni.

A felfedezés fontos tanulsága tehát, hogy nemcsak az számít, milyen idegsejtet szeretnének létrehozni a laboratóriumban, hanem az is, honnan indulnak. Ha a kutatók már a fejlődés legkorábbi szakaszában a megfelelő sejtcsoportból indulnak ki, nagyobb esélyük lehet arra, hogy valóban a hátsóagyra jellemző neuronokat hozzanak létre.

Egy több mint hetvenéves elképzelést írhat át a felfedezés

A kutatók szerint az idegtudomány gondolkodását részben egy 1952-ig visszavezethető elképzelés befolyásolhatta, amely szerint az agy különböző területeinek közös fejlődési eredete van.

Ez logikus feltételezésnek tűnt. Ha felnőttkorban egy összefüggő szervet látunk, könnyű arra következtetni, hogy annak részei ugyanabból a kezdeti rendszerből alakultak ki.

A fejlődésbiológia azonban ennél jóval összetettebb lehet. Egy felnőtt szerv egységes megjelenése és működése nem feltétlenül jelenti azt, hogy minden alkotóeleme ugyanarról a fejlődési pályáról indult.

Erre más szervnél is találunk példát. A szív fejlődésében két úgynevezett szívmező vesz részt, amelyek végül egyetlen működő szervvé rendeződnek.

Hasonló elv érvényesülhet az agynál is: a végeredmény egységes, miközben a kiindulási pontok különböznek.

Sikerült hátsóagyi motoros neuronokat létrehozni

Miután a kutatók felismerték ezt a fejlődési különbséget, megpróbálták ennek megfelelően irányítani a pluripotens őssejtek fejlődését.

Az eredmények biztatóak voltak. Sikerült olyan hátsóagyi motoros neuronokat létrehozniuk, amelyek az arc mozgatásában és a nyelésben részt vevő izmok működéséhez kapcsolódó fehérjéket termeltek.

Ez azért lehet jelentős, mert a hátsóagyhoz kapcsolódó idegsejtek károsodása rendkívül súlyos következményekkel járhat. Ha sérülnek azok a neuronok, amelyek a nyeléshez, légzéshez vagy mozgáshoz szükséges izmokat irányítják, az alapvető életfunkciókat is veszélyeztetheti.

A kutatóknak ugyanakkor még nem sikerült a hátsóagy valamennyi sejttípusát laboratóriumban megfelelően előállítaniuk. Vagyis a felfedezés nem azt jelenti, hogy már rendelkezésre áll egy kész módszer az érintett betegségek kezelésére. Inkább egy olyan új modell született, amellyel ezek a sejtek pontosabban vizsgálhatók.

A kisagy még egy újabb meglepetést tartogathat

A kép ráadásul még bonyolultabbá válhat. A kutatók szerint elképzelhető, hogy a kisagy nem illeszkedik tökéletesen az előagy–hátsóagy kettősségébe, hanem egy harmadik fejlődési eredethez kapcsolódhat.

Ennek igazolásához további vizsgálatokra lesz szükség.

Mindez azonban arra figyelmeztet, hogy amikor „az agyról” beszélünk, valójában rendkívül eltérő fejlődési programokból felépülő rendszerek együttműködéséről lehet szó.

A különbség több százmillió éves lehet

A felfedezés egyik legérdekesebb része az evolúciós háttere. Ha ugyanez az elkülönülés egymástól távoli állatcsoportokban is megtalálható, akkor a két fejlődési program szétválása rendkívül régi esemény lehet.

A kutatócsoport más állatok idegrendszerének fejlődését is megvizsgálta, és hasonló mintázatokat talált. Ebből arra következtettek, hogy a kettősség jóval az összetett gerinces agy kialakulása előtt megjelenhetett.

Különösen érdekesek ebből a szempontból a medúzák. Bár nincs az emberéhez hasonló agyuk, két elkülönülő idegrendszerrel rendelkeznek, amelyek különböző sejttípusokra épülnek.

Ez felvet egy izgalmas evolúciós lehetőséget: talán nem egyetlen ősi idegrendszer vált egyre bonyolultabbá, hanem két, eredetileg elkülönült rendszer került az evolúció során egyre közelebb egymáshoz, míg végül szorosan együttműködő egységet alkottak.

Kyle Loh megfogalmazása szerint az evolúció két már létező idegrendszert helyezhetett térben egymás mellé.

Két külön eredet, mégis szinte tökéletes együttműködés

Az ember számára természetesnek tűnik, hogy az agy egyetlen szerv. Nem érzékeljük, hogy légzésünk szabályozása és egy bonyolult gondolat megfogalmazása esetleg egészen más fejlődési gyökerekhez kapcsolódó idegrendszeri területeken történik.

Éppen ez teszi különlegessé a felfedezést.

Az evolúció során a két rendszer olyan szorosan összekapcsolódhatott, hogy ma funkcionális egységként működik. Ez azonban nem feltétlenül törölte el eredeti fejlődési különbségeiket.

Korábbi vizsgálatok például arra utaltak, hogy az előagy és a középagy bizonyos sejtjei fejlődésük során képesek lehetnek egymás szerepét átvenni. A most ismertetett eredmények szerint ez a rugalmasság nem feltétlenül terjed ki ugyanilyen módon a hátsóagyra.

A motoros neuronbetegségek kutatásában is fontos lehet

A felfedezés gyakorlati jelentősége leginkább abban rejlik, hogy végre megbízhatóbb laboratóriumi modellek készülhetnek a hátsóagy bizonyos neuronjairól.

Ez többek között olyan betegségek kutatásában lehet fontos, amelyekben motoros neuronok károsodnak (pl. ALS). Ha a kutatók megfelelő emberi idegsejteket tudnak laboratóriumban előállítani, részletesebben megfigyelhetik, hogyan indul el bennük a kóros folyamat, milyen molekuláris változások előzik meg a sejtek pusztulását, illetve hogyan reagálnak különböző beavatkozásokra.

A módszer hosszabb távon regeneratív terápiák kutatásához is hozzájárulhat.

Ez azonban egyelőre kutatási lehetőség, nem pedig rendelkezésre álló kezelés. A laboratóriumban létrehozott neuron és az élő emberi agy rendkívül összetett ideghálózatában működő idegsejt között jelentős különbség van.

Nemcsak a mozgás miatt érdekes a hátsóagy

A hátsóagy kutatásának jelentősége messze túlmutat a mozgásszabályozáson. Olyan alapvető folyamatokhoz is kapcsolódik, mint az alvás és az éhség szabályozása.

Ez utóbbi azért különösen érdekes, mert egyes testsúlycsökkentő gyógyszerek hatásában is szerepet kapnak az agy étvágyat és táplálékfelvételt szabályozó területei.

Ha a kutatók mostantól pontosabban képesek a megfelelő hátsóagyi sejttípusokat laboratóriumban létrehozni, részletesebben tanulmányozhatják azt is, hogyan reagálnak ezek a neuronok különböző hormonális vagy gyógyszeres jelekre.

Hasonló lehetőséget jelenthet az alvás idegrendszeri szabályozásának vizsgálata is.

Nem azt jelenti a kutatás, hogy valóban „két agyunk” van

A felfedezés könnyen félreérthető, ezért fontos különbséget tenni a fejlődési eredet és a felnőttkori működés között.

Az eredmények nem azt állítják, hogy az ember fejében két önálló agy működik, és azt sem, hogy két külön személyiség vagy két egymástól független gondolkodási rendszer lakozna bennünk.

A „két agy” ebben az összefüggésben fejlődésbiológiai kép.

A kutatás lényege az, hogy az egységes felnőtt agy bizonyos nagy területei az embrionális fejlődés kezdetén eltérő sejtvonalakból indulhatnak el. Ezek később szorosan összekapcsolódnak, és együtt hozzák létre azt az idegrendszert, amelyet egyetlen szervként ismerünk.

Talán éppen ez a legérdekesebb tanulság. Az emberi agy egysége nem feltétlenül abból fakad, hogy minden része ugyanonnan származik. Lehetséges, hogy éppen ellenkezőleg: két rendkívül ősi fejlődési rendszer tanult meg több százmillió év alatt olyan szorosan együttműködni, hogy ma már szinte lehetetlen észrevenni közöttük a határt.

Figyelmébe ajánljuk

Az agy nem egyformán öregszik: a kutatók szerint 66 év különleges fordulópont jön el

Kövesse az Egészségkalauz cikkeit a Google Hírek-ben, a Facebook-on, az Instagramon vagy a X-en,Tiktok-on is!