Ген человеческого размера мозга запускает больший мозг у плода обезьяны

Специфичный для человека ген вызывает больший неокортекс в общем мартышке, не являющемся человеком приматом, сообщает портал ascania-nova.org.

Расширение человеческого мозга в процессе эволюции, особенно неокортекса, связано с нашими когнитивными способностями, такими как мышление и язык. Определенный ген, называемый ARHGAP11B, который обнаруживается только у людей, запускает стволовые клетки мозга с образованием большего количества стволовых клеток, что является необходимым условием для большего мозга. Предыдущие исследования показали, что ARHGAP11B при экспрессии у мышей и хорьков до нефизиологически высоких уровней вызывает расширение неокортекса, но его значение для эволюции приматов остается неясным. Исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка (MPI-CBG) в Дрездене вместе с коллегами из Центрального института экспериментальных животных (CIEA) в Кавасаки и Университета Кейо в Токио, оба в Японии, показывают, что это специфичный для человека ген при экспрессии до физиологического уровня, вызывает увеличение неокортекса у обыкновенного мартышки, обезьяны Нового Света. Это говорит о том, что ген ARHGAP11B мог вызывать расширение неокортекса во время эволюции человека. Исследователи опубликовали свои выводы в журналеНаука .

Неокортекс человека, эволюционно самая молодая часть коры головного мозга, примерно в три раза больше, чем у наших ближайших родственников, шимпанзе, и его складка в морщины увеличилась во время эволюции, чтобы вписаться в ограниченное пространство черепа. Ключевой вопрос для ученых заключается в том, как неокортекс человека стал таким большим. В исследовании 2015 года исследовательская группа Wieland Huttner, директор-основатель MPI-CBG, обнаружила, что под влиянием специфичного для человека гена ARHGAP11B эмбрионы мыши продуцируют гораздо больше нейральных клеток-предшественников и могут даже подвергаться складыванию своих обычно развернутый неокортекс. Результаты показали, что ген ARHGAP11B играет ключевую роль в эволюционном расширении неокортекса человека.

Рост человеческого специфического гена

Специфичный для человека ген ARHGAP11B возник благодаря частичному дублированию вездесущего гена ARHGAP11A примерно пять миллионов лет назад вдоль эволюционной линии, ведущей к неандертальцам, денисовцам и современным людям, и после того, как эта линия была отделена от линии, ведущей к шимпанзе. В последующем исследовании в 2016 году исследовательская группа Wieland Huttner обнаружила удивительную причину, по которой белок ARHGAP11B содержит последовательность из 47 аминокислот, специфичных для человека, которых нет в белке ARHGAP11A и которые необходимы для способности ARHGAP11B увеличивать стволовые клетки мозга. В частности, одна замена C-to-G основания, обнаруженная в гене ARHGAP11B, приводит к потере 55 нуклеотидов из РНК-мессенджера ARHGAP11B, что вызывает сдвиг в рамке считывания, что приводит к специфичности для человека, функционально критическая 47 аминокислотная последовательность. Эта базовая замена, вероятно, произошла намного позже, чем когда этот ген возник около 5 миллионов лет назад, в любое время между 1,5 и 500 000 лет назад. Такие точечные мутации не редкость, но в случае ARHGAP11B его преимущества формирования более крупного мозга, по-видимому, немедленно повлияли на эволюцию человека.

Эффект гена у обезьян

Однако до сих пор неясно, будет ли специфичный для человека ген ARHGAP11B вызывать увеличенный неокортекс у нечеловеческих приматов. Чтобы исследовать это, исследователи из группы Wieland Huttner объединились с Эрикой Сасаки в Центральном институте экспериментальных животных (CIEA) в Кавасаки и Хидеюки Окано в Университете Кейо в Токио, оба из которых находятся в Японии, и первыми разработали технология получения трансгенных приматов, не являющихся человеком. Первый автор исследования, постдок Майкл Хайде, отправился в Японию, чтобы работать с коллегами непосредственно на месте. Они создали трансгенных мартышек, обезьян Нового Света, которые экспрессировали специфический для человека ген ARHGAP11B, которого у них обычно нет, в развивающемся неокортексе. В Японии существуют такие же высокие этические стандарты и правила, касающиеся исследований на животных и их благополучия, как в Германии. Мозги 101-дневных плодов мартышек (за 50 дней до нормальной даты рождения) были получены в Японии и экспортированы в MPI-CBG в Дрездене для детального анализа. Майкл Хайде объясняет: «Мы действительно обнаружили, что неокортекс головного мозга обыкновенного мартышки был увеличен, а поверхность мозга согнута. Его кортикальная пластинка была также толще, чем обычно. Кроме того, мы могли видеть увеличенное количество базальных предшественников лучевой глии в наружной субвентрикулярной зоне. и увеличенное число нейронов верхнего слоя, тип нейронов, который увеличивается в эволюции приматов ". У исследователей теперь есть функциональные доказательства того, что ARHGAP11B вызывает расширение неокортекса приматов. Мозги 101-дневных плодов мартышек (за 50 дней до нормальной даты рождения) были получены в Японии и экспортированы в MPI-CBG в Дрездене для детального анализа. Майкл Хайде объясняет: «Мы действительно обнаружили, что неокортекс головного мозга обыкновенного мартышки был увеличен, а поверхность мозга согнута. Его кортикальная пластинка была также толще, чем обычно. Кроме того, мы могли видеть увеличенное количество базальных предшественников лучевой глии в наружной субвентрикулярной зоне. и увеличенное число нейронов верхнего слоя, тип нейронов, который увеличивается в эволюции приматов ". У исследователей теперь есть функциональные доказательства того, что ARHGAP11B вызывает расширение неокортекса приматов. Мозги 101-дневных плодов мартышек (за 50 дней до нормальной даты рождения) были получены в Японии и экспортированы в MPI-CBG в Дрездене для детального анализа. Майкл Хайде объясняет: «Мы действительно обнаружили, что неокортекс головного мозга обыкновенного мартышки был увеличен, а поверхность мозга согнута. Его кортикальная пластинка была также толще, чем обычно. Кроме того, мы могли видеть увеличенное количество базальных предшественников лучевой глии в наружной субвентрикулярной зоне. и увеличенное число нейронов верхнего слоя, тип нейронов, который увеличивается в эволюции приматов ". У исследователей теперь есть функциональные доказательства того, что ARHGAP11B вызывает расширение неокортекса приматов. Мы действительно обнаружили, что неокортекс обычного мартышечного мозга был увеличен, а поверхность мозга сложена. Его кортикальная пластинка была также толще, чем обычно. Кроме того, мы могли видеть увеличение числа базальных предшественников радиальной глии во внешней субвентрикулярной зоне и увеличение числа нейронов верхнего слоя, тип нейронов, который увеличивается в эволюции приматов. "У исследователей теперь есть функциональные доказательства того, что ARHGAP11B вызывает расширение приматов. неокортекс. Мы действительно обнаружили, что неокортекс обычного мартышечного мозга был увеличен, а поверхность мозга сложена. Его кортикальная пластинка была также толще, чем обычно. Кроме того, мы могли видеть увеличение числа базальных предшественников радиальной глии во внешней субвентрикулярной зоне и увеличение числа нейронов верхнего слоя, тип нейронов, который увеличивается в эволюции приматов. "У исследователей теперь есть функциональные доказательства того, что ARHGAP11B вызывает расширение приматов. неокортекс.

Этическое соображение

Виланд Хаттнер, руководивший исследованием, добавляет: «Мы ограничивали наши анализы зародышами мартышки, потому что предполагали, что экспрессия этого специфичного для человека гена будет влиять на развитие неокортекса в мартышке. В свете возможных непредвиденных последствий в отношении постнатального периода». Функцию мозга мы считали обязательным условием - и обязательным с этической точки зрения - сначала определить влияние ARHGAP11B на развитие неокортекса мартышки у плода ».

Исследователи пришли к выводу, что эти результаты позволяют предположить, что специфичный для человека ген ARHGAP11B мог вызвать расширение неокортекса в ходе эволюции человека.