Odkrywanie wyjątkowych genów stojących za naszymi dużymi mózgami
Grupa genów, która występuje tylko u ludzi i powstała u naszych przodków 3-4 miliony lat temu, mogła napędzać ewolucję naszych większych mózgów.
To objawienie - i praca, która do niego doprowadziła - jest przedmiotem dwóch badań, które są obecnie opisane w czasopiśmie Komórka.
Jedno badanie zostało przeprowadzone przez Uniwersytet Kalifornijski (UC) Santa Cruz, a drugie - przez Université Libre de Bruxelles w Belgii.
Odkrycia wypełniają lukę w naszej wiedzy na temat zmian, które napędzały ewolucję naszych większych mózgów i dały nam zdolność myślenia i rozwiązywania problemów.
Geny - nazwane NOTCH2NL - należą do bardzo starej rodziny zwanej Notch, którą po raz pierwszy zidentyfikowano u muszek owocówek; otrzymali swoją nazwę, ponieważ byli powiązani z wadami genetycznymi, które spowodowały, że muchy miały nacięte skrzydła.
Jak NOTCH2NL zwiększa liczbę neuronów
Geny Notch sięgają „setek milionów lat” i „odgrywają ważną rolę w rozwoju embrionalnym” - mówi David Haussler, profesor inżynierii biomolekularnej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz i współautor pierwszej pracy badawczej.
„Odkrycie” - kontynuuje - „że ludzie mają nowego członka tej rodziny, który jest zaangażowany w rozwój mózgu, jest niezwykle ekscytujące”.
Naukowcy odkryli, że tylko ludzkie geny NOTCH2NL wydają się odgrywać kluczową rolę w rozwoju ludzkiej kory, siedliska zaawansowanych zdolności poznawczych, takich jak rozumowanie i język.
Geny ulegają silnej ekspresji w nerwowych komórkach macierzystych kory i opóźniają ich dojrzewanie do określonych typów komórek.
To opóźnienie powoduje nagromadzenie większej puli komórek macierzystych, co z kolei prowadzi do wytwarzania większej liczby neuronów w trakcie rozwoju mózgu.
Geny pobudzają sygnalizację podczas rozwoju
Geny NOTCH2NL znajdują się w obszarze ludzkiego genomu - „długim ramieniu chromosomu 1” - który został powiązany z kilkoma zaburzeniami neurorozwojowymi, takimi jak autyzm, małogłowie, makrocefalia i schizofrenia.
Niektóre z zaburzeń są związane z duplikacją dużych odcinków DNA, a inne z delecjami. Są one znane pod wspólną nazwą „1q21.1 zespoły delecji / duplikacji”.
Białka kodowane przez rodzinę genów Notch zajmują się sygnalizacją wewnątrz komórek, a także między komórkami.
Wiele z tych sygnałów kieruje losem komórek macierzystych - na przykład czy mają się one różnicować w komórki mózgowe lub komórki serca - w wielu częściach ciała.
Naukowcy odkryli, że geny NOTCH2NL kodują białka, które „wzmacniają” sygnalizację Notch.
„Sygnalizacja Notch”, wyjaśnia współautorka badania, dr Sofie R. Salama, naukowiec zajmująca się inżynierią biomolekularną na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz, „była już znana jako ważna w rozwijającym się układzie nerwowym”.
„Wydaje się, że NOTCH2NL wzmacnia sygnalizację Notch, co prowadzi do zwiększonej proliferacji nerwowych komórek macierzystych i opóźnionego dojrzewania nerwów” - dodaje.
„Błędy kopiowania DNA”
Jednak dr Salama zwraca uwagę, że geny są po prostu częścią znacznie większego procesu, który kontroluje rozwój ludzkiej kory: nie działają one w próżni.
Weszli do gry w „prowokacyjnym czasie ewolucji człowieka”. Ona i jej koledzy również odkryli, że jest to interesujące, że geny są związane z zaburzeniami rozwojowymi.
Wydaje się, że „błędy kopiowania DNA”, które wystąpiły u naszych przodków, które dały początek genom NOTCH2NL, są podobne do tych, które powodują zaburzenia neurologiczne w zespole delecji / duplikacji 1q21.1.
Zazwyczaj błędy występują w miejscach na chromosomach, które mają długie sekwencje DNA, które są „prawie identyczne”.
„Te długie odcinki DNA, które są prawie identyczne, mogą zmylić mechanizm replikacji i spowodować niestabilność genomu” - wyjaśnia prof. Haussler.
Paradoksalnie, mogłoby się wydawać, że proces duplikacji genów w regionie chromosomu 1, który dał nam nasze większe mózgi, może być również odpowiedzialny za uczynienie nas podatnymi na zespół delecji / duplikacji 1q21.1.
Korzystając z narzędzi do sekwencjonowania, naukowcy odkryli osiem wersji NOTCH2NL u współczesnych ludzi i podejrzewają, że jest jeszcze więcej do odkrycia.
Każda wersja NOTCH2NL różni się nieznacznie w sekwencjonowaniu swojego DNA, ale efekt pozostaje tajemnicą.
Geny wykazały subtelne różnice podczas testów na komórkach wyhodowanych w laboratorium. Jednak wciąż pozostaje „dużo więcej pracy do zrobienia”, aby dowiedzieć się, co oznaczają te różnice, mówi dr Salama.
„Odkryliśmy, że wszystkie z nich mogą promować sygnalizację Notch”.
Dr. Sofie R. Salama
