Mokslininkai nustatė žmonių smegenis didinantį genų reguliatorių

Kiekybė kartais pereina į kokybę ir žmogaus smegenys – puikus to pavyzdys. O tai lemiantis skirtumas – baugiai mažas. Įterpdami žmogaus DNR atkarpas pelėms, mokslininkai sugebėjo priversti gimdoje jų smegenis vystytis sparčiau ir galiausiai išaugti didesnes.  Current Biology publikuotas darbas rodo, kad šio geno evoliucija gali būti vienas iš dalykų, atskyrusių mus nuo artimų giminaičių primatų pasaulyje.

Žmogaus DNR sekos versija HARE5 įjungia geną, svarbų smegenų vystymuisi (geno aktyvumas nudažytas mėlynai), ir sukelia 12 % didesnių pelės embriono smegenų augimą, nei embriono su įšvirkšta šimpanzės HARE5 versija.

Žmogaus DNR sekos versija HARE5 įjungia geną, svarbų smegenų vystymuisi (geno aktyvumas nudažytas mėlynai), ir sukelia 12 % didesnių pelės embriono smegenų augimą, nei embriono su įšvirkšta šimpanzės HARE5 versija.

 

Dramatiškas smegenų dydžio skirtumas

Žmonių smegenys unikalios, netgi lyginant su genetiškai artimiausiais giminaičiais, pavyzdžiui, šimpanzėmis. Mūsų smegenys maždaug tris kartus masyvesnės, nei šių pusbrolių, bei sudėtingesnės ir sudarančios daugiau ryšių. Sutariama, kad šie neurologiniai skirtumai ir leido išsivystyti aukštesnes smegenų funkcijas, kurių kiti primatai neturi. Bet būtent kurie genetiniai pokyčiai leido žmonėms aplenkti šimpanzes smegenų arenoje, dar neatsakyta.

Yra daug fizinių skirtumų, kuriuos reikia ištirti, bet dydžio skirtumas toks dramatiškas, kad naujojo tyrimo autoriai nutarė pradėti nuo jo.

Naudodami kitų laboratorijų sukurtas duomenų bazes, Duke’o universiteto mokslininkai sutikrino žmonių DNR sritis, kuriose išsivystė skirtumai nuo šimpanzių DNR su DNR sritimis, kurios svarbios genų reguliavimui. Reguliatoriniai genai padeda nustatyti, kaip pasireikš kiti genai, ir mokslininkai įtarė, kad kai kurie iš šių reguliatorių gali labiau aktyvinti smegenų vystymąsi žmonių embrionuose, nei šimpanzių.

 

Smegenų „spartintuvas“

Galiausiai jie sutelkė dėmesį į sritį HARE5 (Human-Accelerated Regulatory Enhancer), kuri, remiantis bandymais, turi kažką bendro su smegenų vystymusi. Jie spėjo, kad šis „spartintuvas“, randamas šalia smegenų vystymuisi svarbių molekulių takų, galėjo pasikeisti taip, kad padarė įtaką žmonių smegenų dydžiui.

„Išsiaiškinome, kad žmonių DNR atkarpa, kurioje tėra 16 pokyčių, lyginant su atitinkama šimpanzių atkarpa, pelėse pasireiškia skirtingai“, – sakė tyrimo autorė Debra Silver, Duke’o universiteto Medicinos mokyklos molekulinės genetikos ir mikrobiologijos asistuojanti profesorė.

HARE5 reguliuoja, kiek neurologinių kamieninių ląstelių – smegenų ląstelių prekursorių – gali pagaminti pelės embrionas.

„Žmogaus DNR tikrai sugebėjo paspartinti kamieninių ląstelių dalinimąsi“, – sakė Silver. „Ir todėl pelės galėjo sukurti daugiau neuronų“.

Šių genetiškai modifikuotų pelių smegenys išaugo 12 proc. didesnės, nei gavusių šimpanzės HARE5 versiją. Žmonėms toks skirtumas galėjo būti lemiamas, pažymėjo Silver. Žmonių ir šimpanzių nėštumas trunka panašiai, tai yra, gana ilgai, lyginant su kitomis rūšimis.

„HARE5 skatina galimybę sukurti daugiau neuronų ir padidina smegenis, kuo žmonių smegenys gali pasinaudoti“, – paaiškino Silver.

 

Pelių – genijų komanda

Ir išties, ankstesni tyrimai parodė, kad žmonių ir šimpanzių smegenys gimdoje iš pradžių auga vienoda sparta. Bet po 22 savaičių, šimpanzių smegenų augimas sustoja, kai tuo tarpu žmonių – tęsiasi.

Gal ką tik gimę žmonės ir neįprastai silpni ir bejėgiai, bet mūsų smegenys jau būna pasirengusios kalbėjimo, socialinių ryšių ir giliai kritiško mąstymo kupinam gyvenimui, kas yra negirdėtas dalykas visoms kitoms rūšims.

Bet šis tyrimas kelia klausimą, beveik tokį pat svarbų, kaip ir pats mūsų rūšies mąstymo sugebėjimo atsiradimas: Ar Silver ir jos komanda sukūrė pelių genijų komandą?

„Fiksuojame smegenų vystymosi skirtumus, ypač – struktūroje, kuri tampa smegenų žieve“, – sakė Silver. Žmonių smegenų žievė svarbi sprendimų priėmimui ir mąstymui. „Iš tiesų norėtume patikrinti, ar tai gali pakeisti pelių atmintį arba bendravimą“, – sakė ji.

Jiems teks išsiaiškinti, kaip genai pakeičia suaugusių pelių smegenis, nes, nors šiuo tyrimu nagrinėtas vaisiaus vystymasis, bet ji tikisi, kad greitai galės patikrinti pelių su žmogaus HARE5 elgesį. Silver didžiausias atradimas buvo tai, kad jos komanda vos pakrapštė paviršių.

„Tai iš tiesų rodo, kad mažas skirtumas reguliaciniame žmogaus DNR regione – kuris netgi nesudaro geno kaip tokio, bet padeda juos kontroliuoti – gali turėti didelę įtaką smegenų sandarai, ir per tai – funkcionavimui“, – sako ji.

 

 

 

Šaltinis: technologijos.lt

Komentarų nėra