ISTRAŽUJUĆI JEDINSTVENE GENE IZA NAŠIH VELIKIH MOZGOVA

Skupina gena koja se nalazi samo u ljudi i nastala je kod naših predaka prije 3-4 milijuna godina možda je bila pokretač evolucije naših većih mozgova.

Zašto su ljudski mozgovi tako razmjerno veliki?

Ovo otkriće - i rad koji je do njega doveo - predmet je dviju studija o kojima se sada izvještava u časopisu Ćelija.

Jedno istraživanje vodilo je Sveučilište Kalifornija (UC) Santa Cruz, a drugo Sveučilište Libre de Bruxelles u Belgiji.

Nalazi otkrivaju prazninu u našem znanju o promjenama koje su pokrenule evoluciju našeg većeg mozga i pružile nam sposobnost razmišljanja i rješavanja problema.

Geni - nazvani NOTCH2NL - pripadaju vrlo staroj obitelji zvanoj Notch koja je prvi put identificirana u voćnim mušicama; Ime su dobili jer su bili povezani s genetskim greškama zbog kojih su muhe imale urezana krila.

Kako NOTCH2NL povećava brojeve neurona

Urezani geni vraćaju se "stotinama milijuna godina" i "igraju važne uloge u embrionalnom razvoju", kaže David Haussler, profesor biomolekularnog inženjerstva na UC Santa Cruz i ko-viši autor prvog studija.

"Izuzetno je uzbudljivo utvrditi", nastavlja on, "da ljudi imaju novog člana ove obitelji koji je uključen u razvoj mozga."

Istraživači su otkrili da, čini se, samo ljudski geni NOTCH2NL imaju ključnu ulogu u razvoju ljudskog korteksa, sjedišta naprednih kognitivnih sposobnosti poput rasuđivanja i jezika.

Geni su snažno izraženi u živčanim matičnim stanicama korteksa i odgađaju njihovo sazrijevanje u određene tipove stanica.

To kašnjenje rezultira akumulacijom većeg bazena matičnih stanica, što zauzvrat dovodi do stvaranja više neurona tijekom razvoja mozga.

Geni pojačavaju signalizaciju tijekom razvoja

Geni NOTCH2NL smješteni su na području ljudskog genoma - "dugačkom kraku kromosoma 1" - koje je povezano s nekoliko neurorazvojnih poremećaja poput autizma, mikrocefalije, makrocefalije i shizofrenije.

Neki su poremećaji povezani s umnožavanjem velikih dijelova DNA, a neki su povezani s brisanjem. Poznati su pod zajedničkim nazivom "1q21.1 sindromi brisanja / umnožavanja."

Proteini koje kodira obitelj gena Notch bave se signaliziranjem unutar stanica, a također i između stanica.

Mnogi od ovih signala usmjeravaju sudbinu matičnih stanica - na primjer, hoće li se diferencirati u moždane stanice ili stanice srca - u mnogim dijelovima tijela.

Istraživači su otkrili da geni NOTCH2NL kodiraju proteine koji "pojačavaju" Notch signalizaciju.

"Signalizacija s usjekom", objašnjava ko-viša autorica studije dr. Sofie R. Salama, koja je znanstvenica u biomolekularnom inženjerstvu na UC Santa Cruz, "već je bila važna u razvoju živčanog sustava."

"Čini se da NOTCH2NL pojačava Notch signalizaciju, što dovodi do povećane proliferacije živčanih matičnih stanica i odgođenog neuronskog sazrijevanja", dodaje ona.

'Pogreške kopiranja DNK'

Međutim, dr. Salama ističe da su geni samo dio mnogo većeg procesa koji kontrolira razvoj ljudske kore: oni ne "djeluju u vakuumu".

Ušli su u igru u "provokativno vrijeme u ljudskoj evoluciji". Njoj i njezinim kolegama također je bilo zanimljivo da su geni povezani s razvojnim poremećajima.

Čini se da su "pogreške kopiranja DNA" koje su se dogodile kod naših predaka koje su dovele do gena NOTCH2NL slične su vrste onima koje uzrokuju neurološke poremećaje u sindromu brisanja / dupliciranja 1q21.1.

Tipično, pogreške se događaju na mjestima na kromosomima koji imaju duge sekvence DNA koje su "gotovo identične".

"Ovi dugački segmenti DNA koji su gotovo identični mogu zbuniti replikacijski stroj i prouzročiti nestabilnost u genomu", objašnjava prof. Haussler.

Paradoksalno, čini se da bi postupak umnožavanja gena u regiji kromosoma 1 koji nam je dao veći mozak mogao biti odgovoran za to što smo ranjivi na sindrom delecije / dupliciranja 1q21.1.

Koristeći alate za sekvenciranje, istraživači su pronašli osam verzija NOTCH2NL kod današnjih ljudi i sumnjaju da ih treba otkriti još.

Svaka se verzija NOTCH2NL neznatno razlikuje u sekvenciranju svoje DNK, ali kakav je učinak još uvijek tajna.

Geni su pokazali suptilne razlike kada su se testirali u laboratorijski uzgojenim stanicama. Međutim, još uvijek postoji "puno više posla" kako bismo saznali što ove razlike znače, kaže dr. Salama.