Если взять уникальный для человека фрагмент генетического кода и вставить его мышам, то у животных вырастет более крупный мозг, чем обычно. Работа опубликована в журнале Nature.
У мышей с кусочком ДНК человека увеличился мозг
Если взять уникальный для человека фрагмент генетического кода и вставить его мышам, то у животных вырастет более крупный мозг, чем обычно, сообщает международная команда генетиков.
Исследователи обнаружили генетический набор в человеческом мозге, который, будучи вставленным мышам, увеличивает размер их мозга примерно на 6,5%. Sergey Bezgodov/Shutterstock
Почему человеческий мозг так резко вырос после отделения от ветви шимпанзе, по-прежнему остается непонятным, но ученые делают одному за другой попытки понять, что же все-таки сделало нас теми, кто мы есть.
Фрагмент кода — это участок ДНК, который ускоряет экспрессию определенных генов и увеличивает внешний слой мозга мышей, повышая производство клеток, которые становятся нейронами. Это открытие может частично объяснить, как у людей развился такой большой мозг по сравнению с их родственниками-приматами.
Увеличитель мозга
Шимпанзе — наш ближайший родственник.
Как человеческий мозг стал таким большим и сложным, остается загадкой, говорит Габриэль Сантпере Баро, нейробиолог, изучающий геномику в Медицинском исследовательском институте Hospital del Mar в Барселоне (Испания). По его словам, «у нас до сих пор нет окончательного ответа на вопрос, как человеческий мозг увеличился в три раза с тех пор, как мы отделились от шимпанзе» в процессе эволюции.
Предыдущие исследования предполагали, что особые регионы генома человека HARs (human accelerated regions) — короткие фрагменты, сохранившиеся у всех млекопитающих, но претерпевшие быстрые изменения у людей после их эволюционного расхождения с шимпанзе, — могут вносить ключевой вклад в развитие и размер мозга. Но точные механизмы, которые лежат в основе эффекта HAR, способствующего развитию мозга, еще предстоит выяснить, говорит соавтор исследования Дебра Сильвер, нейробиолог из Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина.
Чтобы составить более четкую картину, Сильвер и ее коллеги сосредоточились на одном HAR, названном HARE5, который они открыли десять лет назад. Известно, что у мышей этот фрагмент ДНК усиливает экспрессию гена Fzd8, одного из основных факторов развития и роста нервных клеток. Исследовательская группа сравнила действие HARE5 у мышей, шимпанзе и людей.
Когда исследователи подменили человеческой версией HARE5 его версию у мышей, мозг животных к моменту их взросления стал на 6,5% больше, чем у обычных мышей. Усилитель роста мозга был наиболее активен в нейронных стволовых клетках, называемых радиальной глией, которые со временем развиваются в нейроны и другие клетки мозга. Человеческий HARE5 усиливал деление и пролиферацию глии, и клетки в дальнейшем производили больше нейронов, чем под воздействием мышиной версии HARE5. Пока неясно, получили ли мыши, у которых увеличился мозг, толчок к развитию познания или памяти, говорит Сильвер.
Маленькие изменения, большие различия
Органоид мозга с глазными чашечками.
В поисках того, чем человеческий HARE5 отличается от версии шимпанзе, Сильвер и ее коллеги обнаружили четыре генетические мутации; каждая из них усиливала пролиферацию клеток как шимпанзе, так и человека.
Затем исследователи создали миниатюрные 3D-модели человеческого мозга, или органоиды, в лабораторных чашках, чтобы посмотреть, как HARE5 влияет на производство нейронных клеток. Органоиды, содержащие HARE5 шимпанзе, вырастили меньше радиальных глиальных клеток, чем те, что содержали HARE5 человека, причем глиальные клетки шимпанзе были менее развиты. Команда также обнаружила, что HARE5 усиливает ключевой сигнальный путь, который управляет ростом нейронных стволовых клеток, что еще больше подчеркивает роль генетического бустера в увеличении размера и сложности человеческого мозга, говорит Сильвер.
Сантпере Баро говорит, что в будущем следует изучить, как эффекты HARE5 сочетаются и взаимодействуют с эффектами других 3000 или около того HAR у человека, чтобы составить более полную картину их роли в развитии и эволюции человеческого мозга. «Они по-прежнему представляют собой генетическую сокровищницу, в которой мы должны как следует покопаться», — добавляет генетик.
Сильвер и ее коллеги уже разрабатывают методы изучения того, как различные HAR функционируют вместе. «Существует много, много различных механизмов, которые имеют решающее значение для формирования человеческого мозга», — говорит Сильвер.