ВИВЧЕННЯ УНІКАЛЬНИХ ГЕНІВ НАШОГО ВЕЛИКОГО МОЗКУ

Група генів, яка зустрічається лише у людей і виникла у наших предків 3-4 мільйони років тому, могла бути рушієм еволюції нашого більшого мозку.

Чому мозок людини такий порівняно великий?

Це відкриття - і робота, яка до цього призвела - є предметом двох досліджень, про які зараз повідомляється в журналі Клітинка.

Одним дослідженням керував Каліфорнійський університет (Санта-Крус), а другим - Університет Лібре де Брюссель у Бельгії.

Отримані дані заповнюють прогалину в наших знаннях про зміни, які спричинили еволюцію нашого більшого мозку і дали нам можливість мислити та вирішувати проблеми.

Гени - з назвою NOTCH2NL - належать до дуже старого сімейства під назвою Notch, яке вперше було виявлено у плодових мух; вони отримали свою назву, оскільки були пов’язані з генетичними помилками, через які у мух з’явилися надрізи крил.

Як NOTCH2NL збільшує числа нейронів

Гени Notch повертаються "сотні мільйонів років" і "відіграють важливу роль у розвитку ембріонів", - говорить Девід Хасслер, професор біомолекулярної інженерії в Санта-Крус і співавтор першої статті.

"Знайти, - продовжує він, - що люди мають нового члена цієї родини, який бере участь у розвитку мозку, надзвичайно захоплююче".

Дослідники виявили, що лише людські гени NOTCH2NL, мабуть, відіграють ключову роль у розвитку кори людини, оселі передових когнітивних здібностей, таких як міркування та мова.

Гени сильно експресуються в нервових стовбурових клітинах кори і затримують їх дозрівання до певних типів клітин.

Ця затримка призводить до накопичення більшого пулу стовбурових клітин, що, в свою чергу, призводить до того, що протягом розвитку мозку виробляється більше нейронів.

Гени підсилюють сигналізацію під час розвитку

Гени NOTCH2NL розташовані на ділянці людського геному - «довгому плечі хромосоми 1» - яка пов’язана з декількома порушеннями розвитку нервової системи, такими як аутизм, мікроцефалія, макроцефалія та шизофренія.

Частина розладів пов’язана з дублюванням великих ділянок ДНК, а частина пов’язана з видаленням. Вони відомі під загальною назвою «1q21.1 синдроми видалення / дублювання».

Білки, кодовані сімейством генів Notch, займаються сигналізацією всередині клітин, а також між клітинами.

Багато з цих сигналів направляють долю стовбурових клітин - наприклад, чи диференціювати їх у клітини мозку або клітини серця - у багатьох частинах тіла.

Дослідники виявили, що гени NOTCH2NL кодують білки, які «посилюють» сигналізацію Notch.

«Сигналізація Notch, - пояснює доцент Софі Р. Салама, науковий співробітник біомолекулярної інженерії в Каліфорнійському університеті Санта-Крус, - була вже відома як важлива для нервової системи, що розвивається».

"NOTCH2NL, здається, посилює передачу сигналів Notch, що призводить до збільшення проліферації нервових стовбурових клітин і затримки нервового дозрівання", - додає вона.

"Помилки копіювання ДНК"

Однак доктор Салама зазначає, що гени - це лише частина набагато більшого процесу, який контролює розвиток кори людини: вони не “діють у вакуумі”.

Вони вступили в гру в «провокаційний час в еволюції людини». Їй та її колегам також було цікаво, що гени пов'язані з порушеннями розвитку.

Схоже, що "помилки копіювання ДНК", які мали місце у наших предків, що породили гени NOTCH2NL, подібні до тих, що викликають неврологічні розлади при синдромі делеції / дублювання 1q21.1.

Зазвичай помилки трапляються в місцях хромосом, які мають довгі послідовності ДНК, які "майже ідентичні".

"Ці довгі сегменти ДНК, які майже ідентичні, можуть заплутати механізм реплікації та спричинити нестабільність у геномі", - пояснює професор Хасслер.

Парадоксально, але, здається, процес дублювання гена в області хромосоми 1, який дав нам більший мозок, також може бути відповідальним за те, що робить нас вразливими до синдрому делеції / дублювання 1q21.1.

Використовуючи інструменти секвенування, дослідники знайшли вісім версій NOTCH2NL у сучасних людей, і вони підозрюють, що їх слід відкрити ще багато.

Кожна версія NOTCH2NL дещо відрізняється в послідовності її ДНК, але наскільки це все ще залишається загадкою.

Гени продемонстрували незначні відмінності при тестуванні в клітинах, вирощених у лабораторних умовах. Однак є ще "набагато більше роботи", щоб з’ясувати, що означають ці відмінності, каже доктор Салама.