Inimese aju koosneb kahest kõrvutiolevast elundist

Aju eesmine ja tagumine osa saavad alguse erinevatest eellasrakkudest! Avastus aitab uurida kaalulangetust, ALSi, spinaalset lihasatroofiat.

Sajandeid on aju käsitatud ühe tervikliku elundina. Stanford Medicine’i juhitud uus uuring viitab aga sellele, et inimese aju võib arengulise päritolu järgi koosneda kahest kõrvuti asuvast elundist. Need on tekkinud kahest eri eellasrakkude populatsioonist ning nende evolutsiooniline ajalugu võib ulatuda enam kui 550 miljoni aasta taha.

18. septembril 2026 ajakirjas Nature Neuroscience avaldatud uuring seab kahtluse alla kaua valitsenud mudeli, mille järgi saab kogu aju varases embrüos alguse ühest närvikoe eellasrakust. Uute tulemuste põhjal kujunevad ees- ja keskaju ühest, tagaaju aga teisest, algusest peale eraldiseisvast rakuliinist.

„Näitasime esimest korda, et aju eesmine osa saab alguse täiesti teistsugusest eellasrakust kui aju tagumine osa,“ ütles uuringu vanemautor, Stanfordi arengubioloogia kaasprofessor Kyle Loh. „Meie avastus tähendab, et nüüd saame kasvatada Petri tassis aju tagumise osa ehk tagaaju neuroneid ja uurida nende talitlust.“

Eesaju, keskaju ja tagaaju

Embrüoloogias jagatakse arenev peaaju kolmeks põhipiirkonnaks: eesaju (prosencephalon), keskaju (mesencephalon) ja tagaaju (rhombencephalon). Eesajuga seostuvad muu hulgas keel, teadvus ja abstraktne mõtlemine. Tagaajust arenevad järelaju (metencephalon), sealhulgas sild ja väikeaju, ning piklikaju (medulla oblongata).

Algupärases pressiteates nimetatakse tagaaju lihtsustatult sageli ajutüveks, kuid anatoomiliselt ei ole need sünonüümid. Ajutüvi (truncus encephali) koosneb keskajust, sillast ja piklikajust; väikeaju ajutüve hulka ei kuulu. Uuringu arengubioloogiline vastandus puudutab ühelt poolt ees- ja keskaju ning teiselt poolt tagaaju.

Tagaajust kujunevad piirkonnad osalevad elutähtsate automaatsete talitluste – hingamise, une, südametegevuse, näljatunde ja neelamise – juhtimises. Sealsed neuronid juhivad ka näo-, keele- ja neelulihaseid ning mõjutavad seetõttu kõnet ja neelamist.

Erinevate ajuosade kaks eellas-rakuliini ei kattu

Läbimurre sündis embrüonaalse arengu väga varase järgu, gastrulatsiooni, uurimisest. Gastrulatsiooni ajal tekivad loote kolm esmast lootelehte ning pannakse alus keha üldisele ehitusplaanile.

Doktorandid Carolyn Dundes ja Rayyan Jokhai, uuringusse võrdselt panustanud esimesed autorid, uurisid arenevaid hiireembrüoid. Nad leidsid kaks erinevat neuraalse eellasraku populatsiooni. Otx2 geeni avaldavad rakud olid määratud moodustama ees- ja keskaju. Gbx2 geeni avaldavatest rakkudest kujunes tagaaju. Need kaks rakupopulatsiooni ei kattunud juba arengu kõige varasemates etappides.

Teadlased analüüsisid ka rakkude kromatiini ehk DNA ja sellega seotud valkude kompleksi, mille korraldus mõjutab geenide kasutatavust. Eesmine närviektoderm – tulevase ees- ja keskaju alge – ning tagumine närviektoderm – tulevase tagaaju alge – erinesid kromatiini korralduse poolest põhimõtteliselt. See justkui lukustas kummagi rakupopulatsiooni oma arenguteele.

„Varasemates katsetes tagaaju neuroneid valmistada püüti tõenäoliselt suunata ees- ja keskaju eellasrakke tagaaju rakkudeks, kuid meie uuring näitab, et see ei ole võimalik,“ ütles Jokhai.

Tema sõnul keskendutakse tüvirakubioloogias sageli soovitud lõpliku rakutüübi, näiteks neuroni valmistamisele. „Kuid tähtis on alustada embrüonaalse arengu kõige varasematest etappidest. Meie hoolikas tähelepanu sellele varasele ajahetkele võimaldas meil avastada selle põhimõttelise lahknemise aju arengus.“

Laboris valmisid tagaaju motoneuronid

Kui teadlased olid kahe erineva arengutee olemasolu mõistnud, suutsid nad esimest korda suunata inimese pluripotentsed tüvirakud laboris talitlevateks tagaaju motoneuroniteks ehk liigutusi juhtivateks närvirakkudeks.

Kasvatatud rakkudel olid ehtsatele tagaaju neuronitele iseloomulikud tunnused. Neis tekkisid elektrilised närviimpulsid ehk aktsioonipotentsiaalid ning nad valmistasid valke, mis on iseloomulikud näo- ja neelamislihaseid juhtivate tagaaju viienda ja kuuenda rombomeeri (rhombomeri V–VI) motoneuronitele.

See võib selgitada, miks varasemad katsed inimese tagaaju neuroneid laboris kasvatada sageli ebaõnnestusid: alustati eellasrakkudest, mille arenguline saatus oli juba seotud ees- või keskajuga.

Uus mudel spinaalse lihasatroofia (SMA) ja amüotroofse lateraalskleroosi (ALS) uurimiseks

Laboris kasvatatavad tagaaju neuronid võivad osutuda eriti tähtsaks spinaalse lihasatroofia (SMA) ja amüotroofse lateraalskleroosi (ALS) uurimisel. Mõlema haiguse korral lakkavad teatud motoneuronid järk-järgult töötamast. Inimene võib kaotada neelamisvõime, mistõttu võib toit või vedelik sattuda hingamisteedesse ja põhjustada aspiratsioonipneumooniat. Haiguse süvenedes võib kaduda ka iseseisva hingamise võime.

Pressiteate kohaselt on SMA alla üheaastaste laste üks peamisi geneetilisi surmapõhjuseid. ALS diagnoositakse sageli 40.–70. eluaasta vahel ning see kahjustab nii aju eesmiste piirkondade kui ka tagaaju motoorseid närvirakke.

Elavalt inimeselt pole võimalik teadustööks ajutüvekude võtta. Seetõttu annab võimalus kasvatada asjakohaseid neuroneid laboris teadlastele uue mudeli, millega uurida haiguse tekkemehhanisme ja võimalikke ravimeetodeid.

„Nüüd on meil mudel, mille abil neid laastavaid haigusi paremini mõista ja liikuda nende regeneratiivse ravi poole,“ ütles Jokhai. „See on aju-uuringutes väga põnev uus piiriala.“

Kahe ajuosa erinev algupära on väga iidne

Teadlased otsisid sama arengumustrit ka teistelt liikidelt. Kahe eraldi päritoluga närvisüsteemi jälgi leiti kanadel, sebrakaladel ja isegi merepõhjas elavatel tammetõukudel, kellel on inimesega väga kauge ühine eellane. See lubab arvata, et kaks eellasrakuliini võivad olla evolutsioonis säilinud vähemalt 550 miljonit aastat.

Meduusidel, kelle arengutee lahknes inimese omast hinnanguliselt 600–700 miljonit aastat tagasi, paiknevad kaks närvisüsteemi keha eri otstes.

„Meie uuring osutab, et evolutsioon võttis kaks olemasolevat närvisüsteemi ja surus need ruumiliselt kokku,“ ütles Loh. „Tõenäoliselt oleks tõhusam, kui aju oleks üks elund, kuid me toetume sellele ürgsele viisile valmistada aju kahest eraldi osast.“

Jokhai sõnul olid tulemused üllatavad, sest sõna „aju“ ise viitab katkematule ja ühe päritoluga elundile. „Ent isegi 500 miljonit aastat tagasi olid olemas need eraldi närvisüsteemid, mis nüüd toimivad peaaegu ühena – see on väga lahe.“

Seos söögiisu ja semaglutiidiga

Avastusel võib olla ootamatu seos ka rasvumise raviga. Tagaajus paiknevad söögiisu ja küllastustunnet mõjutavad närviringed, millele toimivad muu hulgas GLP-1 retseptori agonistid, näiteks semaglutiid. Pressiteade märgib seetõttu, et tagaaju täpsem laboratoorne modelleerimine võib aidata paremini mõista ka kaalulangetusravimite toimet.

Järgmisena soovivad teadlased selgitada seljaaju arengulist päritolu ning uurida täpselt, kuidas SMA ja ALS tagaaju neuronite talitlust kahjustavad.

Uuringus osalesid lisaks Stanford Medicine’ile California Tehnoloogiainstituudi ja California Ülikooli San Francisco teadlased. Tööd rahastasid teiste seas USA riiklikud terviseinstituudid, USA riiklik teadusfond, California regeneratiivse meditsiini instituut, Spinal Muscular Atrophy Foundation, Howard Hughesi meditsiiniinstituut ning mitu teadus- ja heategevusfondi.