מחקר ב־Neuron מצא כי עותקים ייחודיים לאדם של SRGAP2 מאטים ומתאמים את הבשלת תאי המיקרוגלייה והסינפסות. חלון ההתפתחות הממושך עשוי לאפשר יצירת רשתות עצביות מורכבות יותר, אך המחקר לא בדק אינטליגנציה ישירות
תאי החיסון של מוח העכבר מגיעים לשלבים מרכזיים בהבשלתם בתוך שבועות ספורים. מקביליהם במוח האדם ממשיכים להתפתח במשך שנים. מחקר חדש מצביע על מנגנון גנטי שעשוי לסייע בהסבר ההבדל: עותקים ייחודיים לאדם של הגן SRGAP2 מאטים את התפתחותם של תאי המיקרוגלייה ומתאמים אותה עם קצב ההבשלה הממושך של הקשרים בין תאי העצב.
המחקר, שהתפרסם בכתב העת Neuron, אינו מראה שגן יחיד "יצר את האינטליגנציה האנושית". הוא מספק ראיות לכך ששכפולים גנטיים שהופיעו במהלך האבולוציה האנושית תרמו להארכת חלון הזמן שבו תאי המיקרוגלייה והנוירונים מעצבים יחד את מעגלי המוח.
תאי חיסון שגם מעצבים את המוח
מיקרוגלייה (microglia) הם תאי החיסון הקבועים של מערכת העצבים המרכזית. הם מגיבים לזיהומים ולפגיעות, מסלקים תאים פגומים ושברי תאים וסורקים ללא הרף את סביבתם.
בעשורים האחרונים התברר שתפקידם אינו מוגבל להגנה ולניקוי. במהלך התפתחות המוח הם משתתפים בעיצוב רשתות העצבים: הם משפיעים על יצירת הסינפסות – נקודות התקשורת בין הנוירונים – ומסייעים לקבוע אילו קשרים יישמרו ואילו יסולקו. המיקרוגלייה מהווים כחמישה עד עשרה אחוזים מתאי המוח, ולכן לקצב הבשלתם עשויה להיות השפעה נרחבת על התפתחות המעגלים העצביים.
מוח האדם מתאפיין בתקופת התפתחות ארוכה במיוחד. התופעה מכונה ניאוטניה – הארכה של שלבי התפתחות צעירים בהשוואה למינים אחרים. תקופה ממושכת זו עשויה לאפשר למוח להמשיך להשתנות בתגובה ללמידה ולסביבה במשך שנים רבות.
משפחת גנים ייחודית לאדם
מעבדתו של פרנק פולו באוניברסיטת קולומביה חוקרת זה יותר מ־15 שנה את משפחת הגנים SRGAP2. הגן הקדום SRGAP2A קיים גם במינים אחרים, אך במהלך האבולוציה של שושלת האדם נוצרו ממנו כמה עותקים, ובהם SRGAP2B ו־SRGAP2C.
עותקים אלה אינם העתקים מלאים של הגן המקורי. הם מייצרים חלבונים מקוצרים המפחיתים את כמות החלבון שמייצר SRGAP2A ומשנים את פעילותו.
מחקרים קודמים של הקבוצה הראו כי העותקים האנושיים של SRGAP2 מאטים את הבשלת הסינפסות בנוירונים ומגדילים בסופו של דבר את מספר הקשרים שהם יוצרים. צפיפות גבוהה יותר של קשרים עשויה להגדיל את יכולתם של תאי העצב לעבד ולאחסן מידע, אך אין פירושה לבדה אינטליגנציה גבוהה יותר.
במחקר החדש מצא קרלוס דיאס־סלסאר, המחבר הראשון של המאמר, כי העותקים האנושיים של SRGAP2 פעילים מאוד גם במיקרוגלייה – לפי הודעת החוקרים, כמעט פי עשרה יותר מאשר בנוירונים. הממצא העלה את האפשרות שהשפעת משפחת הגנים אינה מוגבלת לתאי העצב עצמם.
שנים באדם לעומת שבועות בעכבר
החוקרים השוו את התפתחות המיקרוגלייה בקליפת המוח של בני אדם ועכברים לפי מבנה התאים, ביטוי גנים ומדדים תפקודיים.
התברר כי מסלול ההבשלה של המיקרוגלייה האנושיים ממושך הרבה יותר. בעכברים המורכבות המבנית של התאים מגיעה לשיאה כשלושה שבועות לאחר הלידה, ואילו בבני אדם השיא המקביל מופיע בסביבות גיל שבע. מדדים שונים של הבשלה אנושית ממשיכים להשתנות במשך כמה שנים ואף קרוב לעשור.
החוקרים לא הסתפקו בהשוואת רקמות. הם יצרו תאי מיקרוגלייה מתאי גזע אנושיים מושרים והשתילו אותם במוחות עכברים. גם בתוך הסביבה של מוח עכבר שמרו התאים האנושיים, לפחות בחלק מן המאפיינים, על קצב ההתפתחות האיטי שלהם. הדבר מצביע על כך שחלק מן "השעון" ההתפתחותי נמצא בתוך התאים עצמם ואינו מוכתב רק על ידי סביבת המוח.
עם זאת, לא כל מאפייני ההתפתחות נשמרו באותה דרך. פעילותם של סמנים הקשורים לפירוק חומר בתוך התא הושפעה במידה רבה יותר מן הסביבה העכברית. מכאן שקצב ההבשלה הוא תוצאה של שילוב בין תוכנית פנימית של התא לבין האותות שהוא מקבל מתאים ומרקמות סמוכים.
שינוי SRGAP2 שינה את קצב ההבשלה
כדי לבדוק אם משפחת SRGAP2 אכן גורמת להאטה ולא רק קשורה אליה, ביצעו החוקרים ניסויי הוספה והסרה של גנים.
הפעלת SRGAP2C האנושי בתאי מיקרוגלייה של עכברים גרמה להם לפתח מאפיינים מבניים המזוהים עם מסלול הבשלה ממושך. מנגד, הפחתת פעילותם של SRGAP2B ו־SRGAP2C בתאי מיקרוגלייה אנושיים שינתה את מורכבותם המבנית.
החוקרים מסיקים כי העותקים האנושיים מפחיתים את פעילות SRGAP2A ובכך מאטים את קצב ההבשלה המבנית של המיקרוגלייה. בניסויים בעכברים נמצא גם ששינוי SRGAP2 במיקרוגלייה השפיע על קצב התפתחות הקוצים הדנדריטיים – שלוחות זעירות שעליהן נוצרות רבות מן הסינפסות.
התוצאות מצביעות על תיאום בין שני שעונים התפתחותיים: זה של תאי המיקרוגלייה וזה של הסינפסות. כאשר הבשלת המיקרוגלייה התעכבה, התעכבה גם התפתחות הקשרים העצביים.
תיאום ולא "גן האינטליגנציה"
המשמעות האפשרית היא שבמהלך האבולוציה האנושית פעלו SRGAP2B ו־SRGAP2C בו־זמנית בשני סוגי תאים: הם האטו את הבשלת הנוירונים ואת הבשלת המיקרוגלייה המסייעים לעיצוב קשריהם. כך יכלו שני סוגי התאים להישאר מתואמים לאורך תקופת ההתפתחות הממושכת של מוח האדם.
חלון התפתחות ארוך עשוי לאפשר יצירת קשרים רבים יותר והתאמתם במשך זמן רב יותר לניסיון ולסביבה. זהו מנגנון אפשרי אחד שיכול היה לתרום להופעת תכונות ייחודיות של המוח האנושי, אבל המחקר לא בדק אינטליגנציה, שפה, זיכרון או התנהגות אנושית.
מחברי המאמר מדגישים כי גורמים רבים נוספים עשויים להשתתף בהתפתחות האיטית של מוח האדם, ובהם מנגנונים אפיגנטיים, חילוף חומרים תאי, שינויים באזורי בקרה גנטיים, שחבור שונה של RNA והבדלים במשך חייהם של חלבונים.
מגבלות המחקר
חלק מרכזי מן הניסויים נעשה בתאי מיקרוגלייה אנושיים שהושתלו במוחות עכברים. זהו מודל המאפשר לחקור תאים אנושיים בתוך מוח חי, אך הסביבה המקיפה אותם עדיין עכברית ואינה משחזרת במלואה את יחסי הגומלין עם נוירונים, אסטרוציטים, תאי חיסון וחיידקי המעי בגוף האדם.
גם הניסוי שבו הופחתה פעילות SRGAP2B ו־SRGAP2C בתאים אנושיים נבדק בנקודת זמן מרכזית אחת. התוצאות תואמות שינוי בקצב ההבשלה, אך החוקרים אינם יכולים לשלול לחלוטין את האפשרות שהגנים משפיעים על מידת המורכבות הכוללת של תאי המיקרוגלייה ולא רק על לוח הזמנים שלה.
בנוסף, המנגנון המולקולרי המדויק שבאמצעותו SRGAP2 משנה את מבנה המיקרוגלייה עדיין אינו ידוע. התוצאות מספקות אפוא מנגנון אפשרי ומשכנע לתיאום ההתפתחות, אך לא הסבר מלא לאבולוציה של מוח האדם.
החוקרים מתכוונים לבדוק כיצד משפחת SRGAP2 משפיעה על תאי מוח נוספים ועל תגובת המיקרוגלייה למחלות. במחקר נמצאו גם דפוסי ביטוי גנים המופיעים בתאי מיקרוגלייה של חולי אלצהיימר, אך בשלב זה אין בכך הוכחה לקשר סיבתי או להצעה לטיפול.
שאלות ותשובות
מהם תאי מיקרוגלייה? אלה תאי החיסון הקבועים של המוח ומערכת העצבים המרכזית. לצד ההגנה מפני זיהומים וסילוק תאים פגומים הם מסייעים לעצב, לחזק ולסלק קשרים בין תאי עצב.
מה מיוחד בגנים SRGAP2B ו־SRGAP2C? אלה עותקים שנוצרו משכפול של הגן הקדום SRGAP2A בשושלת האדם. הם מייצרים חלבונים מקוצרים המפחיתים את פעילותו של החלבון המקורי.
כיצד נבדקה השפעת הגנים? החוקרים שילבו השוואת רקמות אדם ועכבר, השתלת תאי מיקרוגלייה שמקורם בתאי גזע אנושיים במוחות עכברים ומודלים גנטיים שבהם הוסרו או הופעלו עותקים של SRGAP2.
האם המחקר גילה את "גן האינטליגנציה האנושית"? לא. המחקר מצביע על מנגנון שעשוי לתאם את קצב הבשלתם של תאי מיקרוגלייה וסינפסות. יכולות קוגניטיביות נובעות ממערכות גנטיות, תאיות, התפתחותיות וסביבתיות רבות.
עוד בנושא באתר הידען
- מחקר ב־Nature: לא רק הנוירונים, גם האסטרוציטים במוח יוצרים רשת תקשורת נסתרת
- כדי לחקות תא עצב אנושי יחיד נדרשת רשת עצבית עמוקה
- כשהמוח מגייס את מערכת החיסון: הקשר בין מוטיבציה, זיהומים וסרטן
- הגוף האנושי אינו מכונה מושלמת: כך האבולוציה אילתרה פתרונות שעובדים מספיק טוב
- האם המוח הניע את ההתפוצצות הקמברית?
