Hoe werd het menselijke brein zo groot?

Leuven, 4 november - Het team van Prof. Pierre Vanderhaeghen van het VIB-KU Leuven Centrum voor Hersenonderzoek en de Université Libre de Bruxelles (ULB) heeft een gen ontdekt dat essentieel zou geweest zijn voor de groei van het menselijke brein tijdens de evolutie. Het CROCCP2-gen, waarvan eerder gedacht werd dat het inactief was, komt sterk tot expressie in het menselijk brein en zou verantwoordelijk zijn voor de grote diversiteit aan cellen in de hersenen. Deze ontdekking kan belangrijke gevolgen hebben voor de menselijke evolutie en hersenaandoeningen.

Kort en krachtig

Evolutie van het brein

Het menselijk brein heeft een lange weg afgelegd. In de loop van de evolutie is het een ongelooflijk complex orgaan geworden met gespecialiseerde regio's die verschillende kenmerken en functies hebben. Ons succes als soort wordt toegeschreven aan deze complexiteit die bepaald wordt door de aanwezigheid van talrijke soorten hersencellen. Hoe het menselijk brein zich heeft ontwikkeld en zich van andere mensapen heeft onderscheiden is nog grotendeels onbekend, maar onderzoekers denken dat ‘mensachtige-specifieke' genen essentieel zijn geweest. Deze genen zijn ontstaan door genetische duplicaties, een copy-paste mechanisme dat zorgde voor het snelle ontstaan van nieuwe genen in onze recente evolutie. Het mensachtige-specifieke gen CROCCP2 kwam voort uit zo’n genverdubbeling en is inactief. Of dat dachten we toch.

Het team van prof. Pierre Vanderhaeghen bestudeert de mechanismen achter de evolutie van het menselijk brein en wat het zo uniek en gevoelig maakt voor ziekten als autismespectrumstoornis, epilepsie, en schizofrenie.

Ontdekking van het gen

Hoewel het menselijk genoom al in 2003 volledig in kaart is gebracht, zijn onderzoekers nog steeds bezig met het analyseren van de functionele informatie die in ons DNA verborgen zit. Nu hebben Vanderhaeghen en zijn team ontdekt dat het CROCCP2-gen zeer actief is in de menselijke foetale hersenen. PhD student Roxane Van Heurck en Dr. Jerome Bonnefont werken in het lab van Vanderhaeghen en zijn de eerste auteurs van de studie. Hun werk, gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Neuron, toont aan dat CROCCP2 noodzakelijk en voldoende is voor de hoeveelheid en diversiteit van stamcellen en zenuwcellen in de menselijke hersenen. Deze expansie wordt als essentieel beschouwd voor het deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor de hogere cognitie die onze soort kenmerkt. De onderzoekers ontdekten ook dat het gen in hoge mate tot expressie komt in het menselijke foetale brein, maar niet in andere primaten. Dit suggereert dat het gen een belangrijke rol heeft gespeeld bij de vergroting en extra complexiteit van het menselijke brein in de evolutie.

De wetenschappers maakten bij hun onderzoek gebruik van verschillende innovatieve technologieën. Roxane: "We hebben de cruciale functie van CROCCP2 ontdekt door het ontwikkelende muizenbrein en menselijke hersenorganoïden te bestuderen die de eerste stappen van de hersenontwikkeling nabootsen." Jerome voegt daaraan toe: "Dankzij de organoïde technologie konden we de impact van CROCCP2 in menselijke cellen rechtstreeks beoordelen. Dit bracht een resultaat aan het licht dat we anders niet hadden kunnen voorspellen of waarnemen."

Verband met ziekte

Het team toonde verder aan dat het CROCCP2-gen werkt door het versterken van een belangrijk reactiepad - mTOR - dat cruciaal is voor celgroei en wordt aangetast bij menselijke aandoeningen zoals autismespectrumstoornissen en hersentumoren. Dit illustreert hoe onze hersenen een gevoeligheid voor sommige ziekten hebben ontwikkeld door groter en complexer te worden.

Pierre: "Deze ontdekking verklaart enkele van de mysteries rond hersenontwikkeling en evolutie, met interessante links naar menselijke hersenziekten. We hebben CROCCP2 gekoppeld aan de mTOR-route, die uniek verhoogd is in de menselijke hersenstamcellen, en nauw verbonden is met autismespectrumstoornissen en specifieke hersentumoren die vooral onze soort treffen. Ons werk draagt bij tot een beter begrip van wat het menselijk brein zo verschillend maakt van andere soorten, wat cruciaal is om deze ziekten te begrijpen."

India Jane Wise

Science Communications Expert, VIB

---

[email protected]+32 470 90 02 73

Joran Lauwers

Science & Business Communications Expert, VIB

---

[email protected]+32 478 99 33 98

Publicatie

CROCCP2 acts as a human-specific modifier of cilia dynamics and mTOR signaling to promote expansion of cortical progenitors. Van Heurck et al. Neuron, 2022.

Financiering

Dit werk werd gefinancierd met subsidies van de Europese Onderzoeksraad (GENDEVOCORTEX), het Belgische FWO en FRS/FNRS, het AXA Onderzoeksfonds, het Generet Fonds, de Belgische Koningin Elisabeth Stichting, de Fondation ULB. Roxane Van Heurck was aspirant van het Belgische FRS/FNRS en begunstigde van de L'Oréal Foundation (dossiernummer 51989).

Over het VIB-KU Leuven Centrum voor Hersenonderzoek

Het VIB-KU Leuven Centrum voor Hersenonderzoek onderzoekt hoe hersencellen georganiseerd zijn en hoe ze met elkaar communiceren. Deze mechanismen blootleggen, geeft meer inzichten in wat e rmis gaat bij hersenaandoeningen, zoals alzheimer, parkinson, ALS en dystonie. Dit basiswerk moet uiteindelijk leiden tot nieuwe geneesmiddelen tegen deze ongeneeslijke aandoeningen.

Over KU Leuven

De KU Leuven werd opgericht in 1425 en is naast één van de oudste ook de meest innovatieve universiteit van Europa (Reuters). Met haar 60.000 studenten en meer dan 20.000 medewerkers is zij bovendien de grootste universiteit van België. Vijftien faculteiten bieden bachelor- en masteropleidingen aan op 10 locaties in Vlaanderen. De verschillende klemtonen en aanpak op de campussen zorgen voor een grote variatie in het onderwijsaanbod. De opleidingen zijn gebaseerd op het onderzoek van meer dan 7000 wetenschappers. Als medeoprichter van de League of European Research Universities (LERU) is KU Leuven zowel nationaal als internationaal een toonaangevende onderzoeksinstelling.

Meer informatie: www.kuleuven.be
​