ПРОУЧВАНЕ НА УНИКАЛНИТЕ ГЕНИ ЗАД НАШИТЕ ГОЛЕМИ МОЗЪЦИ

Група гени, които се срещат само при хората и са възникнали при предците ни преди 3-4 милиона години, може да са били причина за еволюцията на по-големите ни мозъци.

Защо човешкият мозък е толкова сравнително голям?

Това разкритие - и работата, довела до него - е предмет на две изследвания, които сега са докладвани в списанието Клетка.

Едното проучване е ръководено от Университета на Калифорния (UC) Санта Круз, а другото е ръководено от Université Libre de Bruxelles в Белгия.

Констатациите запълват празнина в нашите знания за промените, които са предизвикали еволюцията на нашите по-големи мозъци и са ни дали способността да мислим и да решаваме проблеми.

Гените - наречени NOTCH2NL - принадлежат на много старо семейство, наречено Notch, което за първи път е идентифицирано при плодовите мухи; те са получили името си, защото са били свързани с генетични дефекти, поради които мухите са имали назъбени крила.

Как NOTCH2NL увеличава броя на невроните

Notch гените се връщат назад "стотици милиони години" и "играят важни роли в ембрионалното развитие", казва Дейвид Хауслер, който е професор по биомолекулярно инженерство в UC Santa Cruz и съавтор на първия учебен документ.

„Изключително вълнуващо е да се установи,“ продължава той, „че хората имат нов член на това семейство, който участва в развитието на мозъка.“

Изследователите установили, че само човешките гени NOTCH2NL изглежда имат ключова роля в развитието на човешката кора, седалище на напреднали когнитивни способности като разсъждение и език.

Гените са силно експресирани в нервните стволови клетки на кората и забавят тяхното узряване в специфични клетъчни типове.

Това забавяне води до натрупване на по-голям набор от стволови клетки, което от своя страна води до повече неврони, които се произвеждат в хода на мозъчното развитие.

Гените засилват сигнализирането по време на развитието

Гените NOTCH2NL са разположени в област от човешкия геном - „дългото рамо на хромозома 1“ - която е свързана с няколко невроразвитие нарушения като аутизъм, микроцефалия, макроцефалия и шизофрения.

Някои от нарушенията са свързани с дублиране на големи участъци от ДНК, а други са свързани с делеции. Те са известни с общото си име „1q21.1 синдроми на изтриване / дублиране“.

Протеините, кодирани от семейството на гените Notch, се занимават със сигнализирането вътре в клетките, а също и между клетките.

Много от тези сигнали насочват съдбата на стволовите клетки - например дали да се диференцират в мозъчни клетки или сърдечни клетки - в много части на тялото.

Изследователите установили, че гените NOTCH2NL кодират протеини, които „подобряват“ Notch сигнализацията.

„Сигнализирането на прорезите“, обяснява съ-старшият автор на изследването д-р Софи Р. Салама, която е изследовател в областта на биомолекулярното инженерство в UC Santa Cruz, „беше известно, че е важно за развиващата се нервна система.“

„NOTCH2NL изглежда усилва Notch сигнализирането, което води до увеличена пролиферация на невронни стволови клетки и забавено нервно съзряване“, добавя тя.

„Грешки при копиране на ДНК“

Д-р Салама обаче посочва, че гените са само част от много по-мащабен процес, който контролира развитието на човешката кора: те не „действат във вакуум“.

Те влязоха в игра в „провокативно време в човешката еволюция“. На нея и колегите й също беше интересно, че гените са свързани с нарушения в развитието.

Изглежда, че „грешките при копиране на ДНК“, възникнали при нашите предци, породили гените NOTCH2NL, са от подобен тип на тези, които водят до неврологични нарушения при синдром на делеция / дублиране на 1q21.1.

Обикновено грешките се случват в места на хромозоми, които имат дълги последователности на ДНК, които са „почти идентични“.

„Тези дълги сегменти на ДНК, които са почти идентични, могат да объркат машината за репликация и да причинят нестабилност в генома“, обяснява проф. Хауслер.

Парадоксално е, че изглежда, че процесът на дублиране на гени в областта на хромозома 1, който ни даде по-големи мозъци, може също да е отговорен за това, че сме уязвими към синдром на делеция / дублиране на 1q21.1.

Използвайки инструменти за секвениране, изследователите откриха осем версии на NOTCH2NL в днешните хора и подозират, че има още какво да бъдат открити.

Всяка версия NOTCH2NL варира леко в последователността на нейната ДНК, но какъв ефект все още е загадка.

Гените показаха фини разлики при тестване в лабораторно отгледани клетки. Все още обаче има „много повече работа“, за да се разбере какво означават тези различия, казва д-р Салама.