현생인류는 네안데르탈인보다 더 많은 뇌 신경세포 생성 - Sciencetimes

무엇이 현대인을 독특하게 만드는가에 대한 질문은 오랫동안 연구자들의 원동력이었습니다. 따라서 우리의 가장 가까운 친척인 네안데르탈인과의 비교는 매혹적인 통찰력을 제공합니다. 뇌 크기의 증가와 뇌 발달 중 뉴런 생산의 증가는 인간 진화 과정에서 발생한 인지 능력 증가의 주요 요인으로 간주됩니다. 그러나 네안데르탈인과 현대인 모두 비슷한 크기의 뇌를 발달시키는 반면, 현대인과 네안데르탈인의 뇌가 발달 중 뉴런 생성 측면에서 차이가 있었는지 여부에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

드레스덴에 있는 막스 플랑크 분자 세포 생물학 및 유전학 연구소(MPI-CBG)의 연구원들은 이제 네안데르탈인 변이와 단 하나의 아미노산만 다른 단백질 TKTL1의 현대 인간 변이체가 한 유형의 뇌 조상을 증가시킨다는 것을 보여줍니다 현대 인간의 뇌에서 기저 요골 신경교라고 불리는 세포. 기저 요골 신경교 세포는 많은 인지 능력에 중요한 뇌의 일부인 발달 중인 신피질에서 대부분의 뉴런을 생성합니다. TKTL1 활성은 인간 태아 뇌의 전두엽에서 특히 높기 때문에 연구자들은 TKTL1의 이 단일 인간 특이적 아미노산 치환이 네안데르탈인보다 현대 인간의 신피질의 발달 중인 전두엽에서 더 많은 뉴런 생산의 기초가 된다고 결론지었습니다.

소수의 단백질만이 현대인과 멸종된 친척인 네안데르탈인과 데니소바인 사이에 단백질의 구성 요소인 아미노산 서열에 차이가 있습니다. 현대 인간 두뇌의 발달에 대한 이러한 차이점의 생물학적 중요성은 거의 알려져 있지 않습니다. 사실, 현생인류와 네안데르탈인 모두 비슷한 크기의 뇌, 특히 신피질을 특징으로 하지만, 이 유사한 신피질 크기가 비슷한 수의 뉴런을 의미하는지 여부는 불분명합니다. 드레스덴에 있는 막스 플랑크 분자 세포 생물학 및 유전학 연구소(MPI-CBG)의 창립 이사 중 한 명인 Wieland Huttner 연구 그룹의 최신 연구는 막스 플랑크 연구소 소장인 Svante Pääbo와 공동으로 수행되었습니다. 라이프치히의 진화 인류학과 드레스덴 대학 병원의 폴린 윔베르거와 그들의 동료들은 바로 이 질문을 다루고 있습니다. 연구자들은 네안데르탈인과 비교하여 본질적으로 모든 현대인에게 단일 아미노산 변화를 나타내는 단백질 중 하나인 TKTL1(트랜스케톨라제 유사 1)에 초점을 맞춥니다. 특히, 현대인에서 TKTL1은 문제의 서열 위치에 아르기닌을 함유하는 반면, 네안데르탈인 TKTL1에서는 관련 아미노산 라이신입니다. 태아 인간 신피질에서 TKTL1은 모든 피질 뉴런이 유래하는 신피질 전구 세포에서 발견됩니다. 특히, TKTL1의 수준은 전두엽의 전구 세포에서 가장 높습니다.

네안데르탈인 TKTL1이 아닌 현대 인간 TKTL1은 배아 마우스 신피질에서 더 많은 뉴런으로 이어집니다

연구의 주 저자이자 Wieland Huttner 그룹의 연구원인 Anneline Pinson은 신피질 발달에 대한 이 하나의 아미노산 변화의 중요성을 조사하기 시작했습니다. Anneline과 그녀의 동료들은 현대 인간이나 TKTL1의 네안데르탈인 변이체를 마우스 배아의 신피질에 도입했습니다. 그들은 더 큰 뇌의 원동력으로 생각되는 신피질 전구체의 유형인 기저 요골 신경교 세포가 현대 인간 변종인 TKTL1에서 증가했지만 네안데르탈인 변종에서는 증가하지 않았다는 것을 관찰했습니다. 결과적으로, 현대 인간 TKTL1을 가진 마우스 배아의 뇌에는 더 많은 뉴런이 포함되었습니다.

현대인의 전두엽에 더 많은 뉴런

그 후, 연구자들은 인간 두뇌 발달에 대한 이러한 효과의 관련성을 탐구했습니다. 이를 위해 그들은 인간 뇌 오르가노이드를 사용하여 현대 인간 TKTL1의 아르기닌을 네안데르탈인 TKTL1의 라이신 특성으로 대체했습니다. 초기 인간 두뇌 발달의 Anneline Pinson은 “TKTL1에 있는 네안데르탈인 유형의 아미노산을 사용하면 현대 인간 유형보다 더 적은 수의 기저 방사상 신경교 세포가 생성되고 결과적으로 더 적은 수의 뉴런이 생성된다는 것을 발견했습니다.”라고 말합니다. “이는 우리가 네안데르탈인의 뇌가 얼마나 많은 뉴런을 가지고 있는지 알지 못하더라도 현대인이 네안데르탈인보다 TKTL1 활성이 가장 높은 뇌의 전두엽에 더 많은 뉴런을 가지고 있다고 가정할 수 있음을 보여줍니다.” 연구자들은 또한 현대 인간 TKTL1이 대사의 변화, 특히 5탄당 인산 경로의 자극에 이어 지방산 합성의 증가를 통해 작용한다는 것을 발견했습니다. 이러한 방식으로, 현대 인간 TKTL1은 증식을 자극하고 따라서 뉴런 생산을 증가시키는 기저 요골 신경교 세포의 긴 과정을 생성하는 데 필요한 특정 막 지질의 합성을 증가시키는 것으로 생각됩니다.

이 연구를 감독한 Wieland Huttner는 “이 연구는 태아 발달 동안 신피질에서 뉴런의 생산이 네안데르탈인, 특히 전두엽에서보다 현대인에서 더 크다는 것을 의미합니다.”라고 요약합니다. “이것이 전두엽과 관련된 현대인의 인지 능력을 증진시켰을 것이라고 추측하는 것은 유혹적입니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/09/220908172244.htm