Wetenschappers gaven muizen een stukje menselijk DNA. De knaagdieren ontwikkelden daardoor flink grotere hersenen dan normaal.

Onderzoekers hebben bij muizenembryo’s een klein DNA-segment verwisseld voor menselijk DNA. De muizen die daaruit geboren werden, ontwikkelden hersenen die 6,5 procent groter waren dan normaal. Dat schrijven de wetenschappers in Nature. Deze resultaten kunnen mogelijk (deels) helpen verklaren hoe mensen zulke grote hersenen hebben ontwikkeld in vergelijking met andere primaten.

Lees ook:

• Laboratoriummuizen zijn misschien slimmer dan we denken
• Primeur: muis met twee vaders schopt het tot volwassenheid

Verdriedubbeld

Sinds de mensen zich evolutionair hebben afgescheiden van chimpansees is de grootte van onze hersenen ongeveer verdriedubbeld. En het is nog altijd een mysterie hoe onze hersenen zo groot en complex konden worden.  

Eerdere studies suggereren dat bepaalde korte DNA-segmenten, zogenoemde human accelerated regions (HAR’s), daar mogelijk een belangrijke rol in hebben gespeeld. HAR’s komen namelijk voor bij alle zoogdieren, maar die van mensen hebben opvallende verschillen. Hoe deze DNA-segmenten het menselijk brein een boost hebben gegeven, is nog onduidelijk.

Deze nieuwe studie licht nu een tipje van de sluier op en zoomde in op één specifieke HAR, genaamd HARE5. Het was al bekend dat dit stukje DNA in muizen de activiteit van het Fzd8-gen verhoogt. Dit gen speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling en groei van neuronen.

Groter muizenbrein

De onderzoekers verwisselden de HARE5 van muizenembryo’s voor de menselijke variant. De dieren die geboren werden, ontwikkelden hersenen die – als ze eenmaal volwassen waren – gemiddeld 6,5 procent groter waren dan normaal. De groei vond vooral plaats in de buitenste laag van de hersenen, de zogenoemde neocortex.

Het DNA-segment bleek vooral actief in radiale gliacellen – voorlopercellen die uitgroeien tot neuronen en andere hersencellen. De onderzoekers zagen dan ook dat er bij muizen met de menselijke HARE5-variant meer neuronen werden geproduceerd dan bij de muizenvariant. Ze benadrukken wel dat het nog onduidelijk is of de muizen ook daadwerkelijk een beter geheugen en betere cognitieve vaardigheden hebben.

Een paar mutaties

Vervolgens keken de onderzoekers naar de HARE5-variant van chimpansees. Dat DNA-stukje bleek ten opzichte van dat van mensen op maar een paar punten te verschillen, veroorzaakt door vier mutaties. Door varianten te maken met maar één, twee of drie van die mutaties, konden de onderzoekers laten zien dat iedere mutatie ervoor zorgde dat hersencellen – in petrischaaltjes – van zowel chimpansees als mensen steeds meer neuronen gingen produceren.

Als laatste onderdeel kweekten de onderzoekers in het lab een miniatuurversie van een menselijk brein, een zogenoemde organoïde. Minibreinen met de HARE5 van chimpansees produceerden minder radiale gliacellen dan die met de menselijke variant. Het team merkte daarnaast op dat menselijk HARE5 de groei van neuronale stamcellen stimuleert, wat ook kan leiden tot een groter en complexer brein.

Niet het hele verhaal

Het lijkt dus duidelijk dat HARE5 een belangrijke rol heeft gespeeld in de evolutie van het grote mensenbrein. “Deze studie is compleet en overtuigend”, laat bioinformaticus Katherine Pollard, niet betrokken bij het onderzoek, aan Nature weten.

Maar dit kleine DNA-segment kan niet de volledige verklaring zijn. Volgens de onderzoekers moet vervolgonderzoek daarom kijken hoe de effecten van HARE5 samenwerken met die van de andere grofweg drieduizend HAR’s die mensen hebben.

Bronnen: Nature, Nature News

Beeld: Getty Images

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!