RAZISKOVANJE EDINSTVENIH GENOV ZA VELIKIMI MOŽGANI

Skupina genov, ki jo najdemo samo pri ljudeh in je nastala pri naših prednikih pred 3-4 milijoni leti, je morda spodbudila razvoj naših večjih možganov.

Zakaj so človeški možgani tako razmeroma veliki?

To razkritje - in delo, ki je pripeljalo do njega - je predmet dveh študij, o katerih zdaj poročajo v reviji Celica.

Eno študijo je vodila Kalifornijska univerza (UC) Santa Cruz, drugo pa Université Libre de Bruxelles v Belgiji.

Ugotovitve zapolnijo vrzel v našem znanju o spremembah, ki so spodbudile razvoj naših večjih možganov in nam omogočile razmišljati in reševati probleme.

Geni - imenovani NOTCH2NL - pripadajo zelo stari družini z imenom Notch, ki so jo prvič prepoznali pri sadnih muhah; ime so dobili, ker so bili povezani z genetskimi napakami, zaradi katerih so muhe zarezale krila.

Kako NOTCH2NL poveča število nevronov

Geni zareze segajo "stotine milijonov let" in "igrajo pomembno vlogo pri razvoju zarodkov," pravi David Haussler, profesor biomolekularnega inženirstva na UC Santa Cruz in soavtor prvega študijskega prispevka.

"Ugotoviti je," nadaljuje, "da imajo ljudje novega člana te družine, ki sodeluje pri razvoju možganov, izjemno vznemirljivo."

Raziskovalci so ugotovili, da imajo samo človeški geni NOTCH2NL ključno vlogo pri razvoju človeške skorje, sedeža naprednih kognitivnih sposobnosti, kot sta razmišljanje in jezik.

Geni so močno izraženi v živčnih izvornih celicah skorje in upočasnijo njihovo zorenje v določene tipe celic.

Ta zamuda povzroči kopičenje večjega bazena izvornih celic, kar posledično vodi do večjega števila nevronov, ki nastanejo med razvojem možganov.

Geni spodbujajo signalizacijo med razvojem

Geni NOTCH2NL se nahajajo na območju človeškega genoma - "dolgem kraku kromosoma 1" -, ki je povezano z več nevrorazvojnimi motnjami, kot so avtizem, mikrocefalija, makrocefalija in shizofrenija.

Nekatere motnje so povezane s podvajanjem velikih odsekov DNA, nekatere pa z izbrisi. Znani so pod skupnim imenom "1q21.1 sindrom izbrisa / podvajanja."

Beljakovine, ki jih kodira družina genov Notch, se ukvarjajo s signalizacijo znotraj celic in tudi med celicami.

Mnogi od teh signalov usmerjajo usodo matičnih celic - na primer, ali naj se diferencirajo v možganske celice ali srčne celice - v mnogih delih telesa.

Raziskovalci so ugotovili, da geni NOTCH2NL kodirajo proteine, ki "izboljšajo" Notch-jevo signalizacijo.

"Signalizacija z zarezo," pojasnjuje sodelujoča avtorica študije dr. Sofie R. Salama, raziskovalka na področju biomolekularnega inženirstva na UC Santa Cruz, "je bila že znana kot pomembna za razvijajoči se živčni sistem."

"Zdi se, da NOTCH2NL ojača Notch-jevo signalizacijo, kar vodi do povečane proliferacije nevronskih izvornih celic in zapoznelega nevronskega zorenja," dodaja.

„Napake pri kopiranju DNK“

Vendar dr. Salama poudarja, da so geni le del veliko večjega procesa, ki nadzoruje razvoj človeške skorje: ne delujejo v vakuumu.

Začeli so igrati v "provokativnem času človekove evolucije". Zanjo je bilo skupaj s sodelavci zanimivo, da so geni povezani z razvojnimi motnjami.

Zdi se, da so "napake pri kopiranju DNA", ki so se zgodile pri naših prednikih in so povzročile gene NOTCH2NL, podobne vrste kot tiste, ki povzročajo nevrološke motnje pri sindromu brisanja / podvajanja 1q21.1.

Običajno se napake dogajajo na mestih na kromosomih, ki imajo dolga zaporedja DNA, ki so "skoraj enaka".

"Ti skoraj enaki dolgi segmenti DNA lahko zmedejo replikacijski mehanizem in povzročijo nestabilnost v genomu," pojasnjuje prof. Haussler.

Paradoksalno je, da se zdi, da je proces podvajanja genov v regiji kromosoma 1, ki nam je dal večje možgane, lahko tudi odgovoren za to, da smo ranljivi za sindrom delecije / podvajanja 1q21.1.

Z uporabo orodij za zaporedje so raziskovalci pri današnjih ljudeh našli osem različic NOTCH2NL in sumijo, da jih je treba odkriti še več.

Vsaka različica NOTCH2NL se nekoliko razlikuje glede zaporedja svoje DNK, a kakšen učinek je še vedno skrivnost.

Geni so pokazali neznatne razlike pri testiranju v laboratorijsko gojenih celicah. Vendar pa je še veliko dela, da bi ugotovili, kaj te razlike pomenijo, pravi dr. Salama.