Исследования уникальных генов, лежащих в основе нашего большого мозга.

Исследования уникальных генов, лежащих в основе нашего большого мозга.

Исследования уникальных генов, лежащих в основе нашего большого мозга.

Это откровение — и та работа, которая привела к нему — является предметом двух исследований, о которых в настоящее время сообщается в журнале «Cell».

Одно исследование проводилось под руководством Калифорнийского университета в Санта-Крусе, а другое — под руководством Либерального университета Брюсселя в Бельгии.

Полученные результаты заполняют пробел в наших знаниях об изменениях, которые привели к эволюции нашего мозга и дали нам возможность думать и решать проблемы.

Гены — под названием NOTCH2NL — принадлежат к очень старой семье под названием Notch, которая была впервые идентифицирована у плодовых мух; они получили свое название, потому что были связаны с генетическими недостатками, которые привели к надрезанным крыльям у мух.

Как NOTCH2NL увеличивает количество нейронов.

Гены надрезов уходят корнями в «сотни миллионов лет» и «играют важную роль в развитии эмбрионов», — говорит Дэвид Хауслер, профессор биомолекулярной инженерии в Университете Санта-Крус и один из главных авторов первой исследовательской работы.

«Найти, — продолжает он, — что у людей появился новый член этой семьи, который занимается развитием мозга, — это чрезвычайно захватывающе.»

Исследователи обнаружили, что гены NOTCH2NL, предназначенные только для человека, играют ключевую роль в развитии коры головного мозга человека, места, где находятся передовые когнитивные способности, такие как мышление и язык.

Гены сильно экспрессируются в нейронных стволовых клетках коры головного мозга и задерживают их созревание до специфических типов клеток.

Эта задержка приводит к накоплению большего количества стволовых клеток, что, в свою очередь, приводит к образованию большего количества нейронов в процессе развития мозга.

Гены усиливают сигнализацию во время разработки

Гены NOTCH2NL расположены в области генома человека — «длинной руке хромосомы 1», которая была связана с рядом нарушений нейроразвития, таких как аутизм, микроцефалия, макроцефалия и шизофрения.

Некоторые из расстройств связаны с дублированием больших участков ДНК, а некоторые — с делециями. Они известны под общим названием «1q21.1 синдромы делеции-дупликации».

Белки, кодируемые семейством генов Notch, предназначены для сигнализации внутри клеток, а также между ними.

Многие из этих сигналов напрямую влияют на судьбу стволовых клеток — например, дифференцируются ли они в клетки мозга или сердца — во многих частях тела.

Исследователи обнаружили, что гены NOTCH2NL кодируют белки, которые «усиливают» сигнализацию надсечек.

«Нотч-сигнализация», — объясняет соавтор исследования доктор Софи Р. Салама, которая является ученым-исследователем в области биомолекулярной инженерии в Университете Санта-Крус, — «была уже известна как важная составляющая развивающейся нервной системы».

«Похоже, что NOTCH2NL усиливает сигнал Notch, что приводит к увеличению пролиферации нейронных стволовых клеток и замедленному созреванию нервной системы», — добавляет она.

«Ошибки копирования ДНК

Однако доктор Салама отмечает, что гены являются лишь частью гораздо более широкого процесса, который контролирует развитие человеческой коры: они не «действуют в вакууме».

Они появились в «провокационное время человеческой эволюции». Она и ее коллеги также сочли интересным, что эти гены связаны с нарушениями развития.

Похоже, что «ошибки копирования ДНК», которые произошли у наших предков и привели к появлению генов NOTCH2NL, аналогичны тем, которые приводят к неврологическим расстройствам в синдроме делецинопликации 1q21.1.

Обычно ошибки происходят в местах расположения хромосом с длинными последовательностями ДНК, которые «почти идентичны».

«Эти длинные сегменты ДНК, которые почти идентичны, могут запутать механизм репликации и вызвать нестабильность генома», — объясняет профессор Гаусслер.

Парадоксально, но процесс дублирования генов в области хромосомы 1, который дал нам больший мозг, может также сделать нас уязвимыми к синдрому делеционистской дублирования 1q21.1.

Используя инструменты секвенирования, исследователи обнаружили восемь версий NOTCH2NL у современных людей, и они подозревают, что их еще предстоит обнаружить.

Каждая версия NOTCH2NL слегка отличается в последовательности ДНК, но какой эффект остается загадкой.

Гены показали тонкие различия при тестировании в клетках, выращенных в лабораторных условиях. Однако, по словам д-ра Саламы, еще многое предстоит сделать, чтобы понять, что означают эти различия.

» Мы обнаружили, что все они могут способствовать сигнализации «Нотч».»