Биология

Найдена генетическая основа большого мозга людей

Emanuele Ciccomartino/Global Look Press

Ученые определили семейство генов, которое играют решающую роль в развитии центральной нервной системы. Их действие приводит к появлению большего количества нейронов в процессе роста организма. Также они работают только у человека, особо активны в нейрональных стволовых клетках коры головного мозга и находятся в участках генома, которые участвуют в появлении нарушений нервно-психического развития. Две работы (1, 2) об этих генах опубликованы в журнале Cell.

Человек — рекордсмен среди млекопитающих по коэффициенту энцефализации — отношению массы мозга к массе тела. Увеличенный размер мозга в среднем связывают с увеличением интеллектуальных способностей животного, однако детали этой зависимости остаются неясны. «Наши мозги стали в три раза больше в первую очередь благодаря увеличению отдельных функциональных зон коры, что должно было стать фундаментальной основой для становления человека, — говорит руководитель коллектива одной из статей Дэвид Хаусслер из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. — По-моему, не существует более увлекательной научной задачи, чем попытки понять загадочные генетические изменения, которые позволили нам стать тем, кто мы есть».

Мозг неандертальца (слева) и человека (справа)

Fiddes et al

В новых работах ученые предлагают гипотезу, которая объясняет механизм появления большого мозга у человека через регуляцию количества нейронов. Это связно со специфической деятельностью генов NOTCH2NL. Этого семейства генов нет у близких нам видов приматов, таких как маками и орангутанги, зато они есть у горилл и шимпанзе — правда, в неактивном состоянии. Механизм действия NOTCH2NL связан с задержкой превращения нейрональных стволовых клеток в полноценные нейроны в коре мозга. Эволюционная реконструкция NOTCH2NL показывает, что, скорее всего, они появились в процессе генной конверсии изначально нефункциональных участков, которые, в свою очередь, получились путем дупликации важного для развития нервной системы гена NOTCH2. Конверсия произошла 3—4 миллиона лет назад, причем только у людей. Затем еще несколько раз имела место дупликация NOTCH2NL.

Для того, чтобы проверить гипотезу, авторы создали культуру стволовых клеток, удалив NOTCH2NL. Оказалось, что в этом случае клетки дифференцировались (становились клетками ткани) раньше, но получающийся органоид оказывался меньше. Определенное ранее положение NOTCH2NL в геноме оказалось неправильным — на самом деле они находятся на участке 1q21.1, дополнительные дупликации или удаления в котором доказанно вызывают такие аномалии развития, как микроцефалия или макроцефалия. Также этот участок ассоциируется с другими расстройствами, такими как аутизм, СДВГ и умственная отсталость. В целом возникновение NOTCH2NL авторы называют одновременно и благом, и проклятием человека, ведь это позволило нам развить большой мозг, но существенно увеличило вероятность тяжелых заболеваний при мутациях в этом участке ДНК.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.