IZPĒTĪT UNIKĀLOS GĒNUS, KAS SLĒPJAS MŪSU LIELAJĀS SMADZENĒS

Gēnu grupa, kas ir sastopama tikai cilvēkiem un radās mūsu senčos pirms 3–4 miljoniem gadu, iespējams, ir virzījusi mūsu lielāko smadzeņu attīstību.

Kāpēc cilvēka smadzenes ir tik salīdzinoši lielas?

Par šo atklāsmi - un darbu, kas pie tās nonācis - ir veikti divi pētījumi, par kuriem tagad ziņots žurnālā Šūna.

Vienu pētījumu vadīja Kalifornijas Universitāte (UC) Santakrusa, bet otru - Beļģijas Universitāte Libre de Bruxelles.

Atzinumi aizkavē plaisu mūsu zināšanās par izmaiņām, kas virzīja mūsu lielāko smadzeņu attīstību un deva iespēju domāt un risināt problēmas.

Gēni ar nosaukumu NOTCH2NL pieder ļoti vecai ģimenei, ko sauc par Notch un kas pirmo reizi tika identificēta augļu mušās; viņi ieguva savu vārdu, jo bija saistīti ar ģenētiskām kļūdām, kuru dēļ mušām bija iecirtušies spārni.

Kā NOTCH2NL palielina neironu skaitu

Notch gēni atgriežas "simtiem miljonu gadu senā pagātnē" un "spēlē nozīmīgu lomu embrija attīstībā", saka Deivids Hausslers, kurš ir UC Santa Cruz biomolekulārās inženierijas profesors un pirmā pētījuma raksta līdzautors.

"Lai atrastu," viņš turpina, "ka cilvēkiem ir jauns šīs ģimenes loceklis, kas iesaistīts smadzeņu attīstībā, ir ārkārtīgi aizraujoši."

Pētnieki atklāja, ka tikai cilvēkiem domātajiem NOTCH2NL gēniem, šķiet, ir galvenā loma cilvēka garozas attīstībā, kas ir tādas uzlabotas kognitīvās spējas kā spriešana un valoda.

Gēni ir stipri izteikti garozas nervu cilmes šūnās un aizkavē to nobriešanu noteiktos šūnu tipos.

Šīs aizkavēšanās rezultātā uzkrājas lielāks cilmes šūnu kopums, kas savukārt noved pie tā, ka smadzeņu attīstības gaitā rodas vairāk neironu.

Gēni uzlabo signālu attīstību

NOTCH2NL gēni atrodas cilvēka genoma apgabalā - “1. hromosomas garajā rokā” -, kas ir saistīts ar vairākiem neiroloģiskās attīstības traucējumiem, piemēram, autismu, mikrocefāliju, makrocefāliju un šizofrēniju.

Daži no traucējumiem ir saistīti ar lielu DNS daļu dublēšanos, bet citi - ar dzēšanu. Tie ir pazīstami pēc to kolektīvā nosaukuma “1q21.1 dzēšanas / dublēšanās sindromi”.

Notch gēnu saimes kodētie proteīni ir saistīti ar signalizāciju šūnu iekšienē un arī starp šūnām.

Daudzi no šiem signāliem daudzās ķermeņa daļās vada cilmes šūnu likteni, piemēram, vai diferencēties par smadzeņu šūnām vai sirds šūnām.

Pētnieki atklāja, ka NOTCH2NL gēni kodē olbaltumvielas, kas “uzlabo” Notch signālu.

"Notch signaling," skaidro vecākā pētījuma autore Dr. Sofie R. Salama, kas ir UC Santa Cruz biomolekulārās inženierijas pētniece, "jau bija zināms, ka tā ir svarīga jaunattīstības nervu sistēmā."

"Šķiet, ka NOTCH2NL pastiprina Notch signālu, kas izraisa pastiprinātu nervu cilmes šūnu proliferāciju un aizkavētu nervu nobriešanu," viņa piebilst.

“DNS kopēšanas kļūdas”

Tomēr Dr Salama norāda, ka gēni ir tikai daļa no daudz lielāka procesa, kas kontrolē cilvēka garozas attīstību: tie nedarbojas "vakuumā".

Viņi sāka spēlēt “provocējošā laikā cilvēka evolūcijā”. Viņai un viņas kolēģiem arī šķita interesanti, ka gēni ir saistīti ar attīstības traucējumiem.

Šķiet, ka “DNS kopēšanas kļūdas”, kas radušās mūsu senčos un izraisīja NOTCH2NL gēnus, ir līdzīga veida tām, kas izraisa neiroloģiskus traucējumus 1q21.1 dzēšanas / dublēšanās sindromā.

Parasti kļūdas notiek hromosomu vietās, kurās ir garas DNS sekvences, kas ir “gandrīz identiskas”.

"Šie gandrīz identiskie DNS segmenti var sajaukt replikācijas mehānismu un izraisīt nestabilitāti genomā," skaidro prof. Hausslers.

Paradoksāli, bet šķiet, ka gēnu dublēšanās process 1. hromosomas reģionā, kas mums deva lielākas smadzenes, var būt atbildīgs arī par to, lai mūs padarītu neaizsargātus pret 1q21.1 dzēšanas / dublēšanās sindromu.

Izmantojot secības noteikšanas rīkus, pētnieki mūsdienu cilvēkos atrada astoņas NOTCH2NL versijas, un viņiem ir aizdomas, ka ir vēl daudz ko atklāt.

Katra NOTCH2NL versija nedaudz atšķiras pēc DNS sekvencēšanas, bet kāds efekts joprojām ir noslēpums.

Gēni uzrādīja izsmalcinātas atšķirības, testējot laboratorijā audzētās šūnās. Tomēr joprojām ir "daudz vairāk darāmā", lai uzzinātu, ko šīs atšķirības nozīmē, saka Dr Salama.