Если взять фрагмент генетического кода уникальный для человека и вставить его в генетический код мыши, то у животных вырастет более крупный мозг, чем обычно, говорится в работе, опубликованной на днях в журнале Nature.
Кусочек кода расширял внешний слой мозга мыши, увеличивая производство клеток, которые становятся нейронами. Это открытие может частично объяснить, как у людей развился такой большой мозг по сравнению с их родственниками-приматами. По мнению Кэтрин Поллард, исследователя в области биоинформатики из Гладстонского института науки (США), это исследование глубже, чем предыдущие работы, в которых предпринимались попытки раскрыть генетические механизмы развития человеческого мозга. «История получилась гораздо более полной и убедительной», - говорит она. Как человеческий мозг стал таким большим и сложным, остается загадкой, подчеркивает Габриэль Сантпере Баро, нейробиолог, изучающий геномику в Медицинском исследовательском институте Hospital del Mar в Барселоне (Испания). «У нас до сих пор нет окончательного ответа на вопрос, как человеческий мозг увеличился в три раза с тех пор, как мы разошлись с шимпанзе», - говорит он.
Предыдущие исследования указывали на то, что акселеративные регионы человека (human accelerated regions - HARs) - короткие фрагменты генома, сохранившиеся у всех млекопитающих, но претерпевшие быстрые изменения у людей после их эволюционного расхождения с шимпанзе, - могут вносить ключевой вклад в развитие и размер мозга. Но точные механизмы, которые лежат в основе эффекта HAR, способствующего развитию мозга, еще предстоит выяснить, говорит соавтор исследования Дебра Сильвер, нейробиолог по вопросам развития из Университета Дьюка в (США).
Чтобы составить более четкую картину, Сильвер и ее коллеги сосредоточились на одном HAR, названном HARE5, который они открыли десять лет назад. Известно, что у мышей этот фрагмент ДНК усиливает экспрессию гена Fzd8, одного из основных факторов развития и роста нервных клеток. Исследовательская группа сравнила эффекты HARE5 у мышей, шимпанзе и людей. Когда исследователи подменили собственную версию HARE5 в живых мышах на человеческую, мозг животных к моменту их взросления стал на 6,5% больше, чем у неинженерных мышей. Ускоритель роста мозга был наиболее активен в нейронных стволовых клетках, называемых радиальной глией, которые в конечном итоге развиваются в нейроны и другие клетки мозга. Человеческий HARE5 усиливал деление и пролиферацию глии, и клетки в дальнейшем производили больше нейронов, чем при воздействии мышиной версии HARE5. Пока неясно, получили ли мыши, у которых увеличился мозг, толчок к развитию познания или памяти, говорит Сильвер.
В поисках того, чем человеческий HARE5 отличается от шимпанзе, Сильвер и ее коллеги обнаружили четыре генетические мутации; каждая из них усиливала пролиферацию клеток как шимпанзе, так и человека. Затем исследователи создали миниатюрные 3D-модели человеческого мозга или органоиды, чтобы посмотреть, как HARE5 формирует производство нейронных клеток. Органоиды, содержащие HARE5 шимпанзе, вырастили меньше радиальных глиальных клеток, чем те, что содержали HARE5 человека, причем глиальные клетки были менее развиты. Авторы эксперимента также обнаружили, что HARE5 усиливает ключевой сигнальный путь, который управляет ростом нейронных стволовых клеток, что еще больше подчеркивает роль этого генетического бустера в увеличении размера и сложности человеческого мозга, говорит Сильвер.
Сантпере Баро полагает, что в будущем следует изучить, как эффекты HARE5 сочетаются и взаимодействуют с эффектами других 3 000 или около того HAR у человека, чтобы составить более полную картину их роли в развитии и эволюции человеческого мозга. «Они по-прежнему представляют собой генетическую сокровищницу, в которой мы должны продолжать разбираться», - добавляет он. Сильвер и ее коллеги уже разрабатывают методы изучения того, как различные HAR функционируют вместе. «Существует много, много различных механизмов, которые имеют решающее значение для формирования человеческого мозга», - говорит она.
