TYRINĖDAMI UNIKALIUS GENUS, ESANČIUS UŽ MŪSŲ DIDELIŲ SMEGENŲ

Genų grupė, randama tik žmonėse ir atsiradusi mūsų protėviuose prieš 3–4 milijonus metų, galėjo nulemti didesnių mūsų smegenų evoliuciją.

Kodėl žmogaus smegenys yra tokios palyginti didelės?

Šis apreiškimas - ir prie jo privedęs darbas - yra dviejų tyrimų, apie kuriuos dabar pranešta žurnale, tema Langelis.

Vienam tyrimui vadovavo Kalifornijos universitetas (UC) Santa Cruz, o kitam vadovavo Bruxelles Libre Universitetas Belgijoje.

Išvados užpildo spragą mūsų žiniose apie pokyčius, kurie paskatino mūsų didesnių smegenų evoliuciją ir suteikė galimybę mąstyti ir spręsti problemas.

Genai, pavadinti NOTCH2NL, priklauso labai senai šeimai, vadinamai Notch, kuri pirmą kartą buvo nustatyta vaisinėse muselėse; jie gavo savo vardą, nes buvo susiję su genetiniais trūkumais, dėl kurių musės turėjo sparnus.

Kaip NOTCH2NL padidina neuronų skaičių

„Notch“ genai siekia „šimtus milijonų metų“ ir „vaidina svarbų vaidmenį vystant embrioną“, - sako Davidas Haussleris, kuris yra UC Santa Cruz biomolekulinės inžinerijos profesorius ir pirmojo tyrimo straipsnio vyresnysis autorius.

„Nepaprastai įdomu sužinoti, kad žmonės turi naują šios šeimos narį, susijusį su smegenų vystymusi.“

Tyrėjai nustatė, kad tik žmonėms skirti NOTCH2NL genai, atrodo, turi pagrindinį vaidmenį vystant žmogaus žievę - pažangių kognityvinių gebėjimų, tokių kaip samprotavimas ir kalba, vietą.

Genai yra stipriai išreikšti žievės nervinėse kamieninėse ląstelėse ir atitolina jų brendimą į specifinius ląstelių tipus.

Dėl šio uždelsimo kaupiasi didesnis kamieninių ląstelių telkinys, o tai, savo ruožtu, smegenų vystymosi metu sukelia daugiau neuronų.

Genai skatina signalizaciją vystymosi metu

NOTCH2NL genai yra žmogaus genomo srityje - „ilgoje 1-osios chromosomos rankoje“ -, kuri buvo susijusi su keliais neurodevelopmental sutrikimais, tokiais kaip autizmas, mikrocefalija, makrocefalija ir šizofrenija.

Kai kurie sutrikimai yra susiję su didelių DNR skyrių dubliavimusi, o kai kurie - su ištrynimais. Jie žinomi pagal bendrą vardą „1q21.1 ištrynimo / dubliavimo sindromai“.

Notch genų šeimos koduojami baltymai yra susiję su signalizavimu ląstelių viduje ir tarp ląstelių.

Daugelis šių signalų lemia kamieninių ląstelių likimą, pavyzdžiui, diferencijuoti į smegenų ląsteles ar širdies ląsteles, daugelyje kūno dalių.

Tyrėjai nustatė, kad NOTCH2NL genai koduoja baltymus, kurie „sustiprina“ Notch signalizaciją.

„Notch signaling“, - aiškina vyresnioji tyrimo autorė dr. Sofie R. Salama, kuri yra UC Santa Cruz biomolekulinės inžinerijos mokslininkė, „jau buvo žinoma, kad ji yra svarbi besivystančiai nervų sistemai“.

"Atrodo, kad NOTCH2NL sustiprina Notch signalizaciją, dėl kurios padidėja nervinių kamieninių ląstelių dauginimasis ir vėluojamas nervinis brendimas", - priduria ji.

„DNR kopijavimo klaidos“

Tačiau dr. Salama pabrėžia, kad genai yra tik dalis daug didesnio proceso, kontroliuojančio žmogaus žievės vystymąsi: jie „neveikia vakuume“.

Jie pradėjo vaidinti „provokuojančiu žmogaus evoliucijos metu“. Jai ir jos kolegoms taip pat pasirodė įdomu, kad genai yra susiję su raidos sutrikimais.

Panašu, kad „protėvių DNR kopijavimo klaidos“, dėl kurių atsirado NOTCH2NL genai, yra panašaus tipo, kaip ir sukeliančios neurologinius sutrikimus 1q21.1 delecijos / dubliavimo sindromo atveju.

Paprastai klaidos įvyksta tose chromosomų vietose, kuriose yra ilgos „beveik identiškos“ DNR sekos.

"Šie ilgi identiški DNR segmentai, kurie yra beveik identiški, gali supainioti replikacijos mechanizmus ir sukelti nestabilumą genome", - aiškina prof. Haussleris.

Paradoksalu, bet atrodo, kad genų dubliavimo procesas 1 chromosomos regione, kuris mums suteikė didesnes smegenis, taip pat gali būti atsakingas už tai, kad padarytume pažeidžiamus 1q21.1 ištrynimo / dubliavimo sindromą.

Naudodami sekos nustatymo įrankius, tyrėjai šiandienos žmonėms rado aštuonias NOTCH2NL versijas ir įtaria, kad jų galima atrasti dar daugiau.

Kiekviena NOTCH2NL versija šiek tiek skiriasi pagal DNR sekos nustatymą, tačiau koks poveikis vis dar yra paslaptis.

Genai parodė subtilius skirtumus, kai jie buvo tiriami laboratorijoje išaugintose ląstelėse. Vis dėlto, norint sužinoti, ką reiškia šie skirtumai, vis dar reikia daug daugiau darbo, sako dr. Salama.