7 июня 2018

Мощный интеллект человека – результат древней «случайной» мутации

Исследователи из Университета Калифорнии в Санта-Крузе выяснили, что умственные способности человека, отличающие его от других приматов, обусловлены работой генов семейства NOTCH2NL. Именно благодаря им Homo sapiens имеют развитую многослойную структуру коры больших полушарий и, как следствие, резко отличающиеся от остальных приматов способности к мышлению


Известно, что в ходе эмбриогенеза человеческий мозг, как, впрочем, и мозг мыши, развивается из тонкого слоя стволовых нервных клеток зародыша. Однако в мышином мозге количество нейронов составляет примерно 71 миллион, а в мозге человека насчитывают порядка 16 миллиардов нейронов. Чем же обусловлено такое колоссальное отличие? В процессе эмбрионального развития мышей нейрональные клетки берут начало от клеток радиальной глии, которая находится в так называемой вентрикулярной зоне эмбриона (соответственно клетки называются vRG – вентрикулярная радиальная глия). Однако в формировании мозга человека кроме RG-клеток задействованы также клетки внешней радиальной глии, или oRG-клетки («o» –«outer», то есть «внешний», «наружный»), произошедшие из RG-клеток. В отличии от клеток радиальной глии, способных дифференцироваться в нейроны, находясь в вентрикулярной зоне, oRG-клетки способны к «самостоятельному» делению вне вентрикулярной зоны, активируемому за счет межклеточного сигналлинга. В более ранних работах был описан существенный вклад oRG-клеток в формировании большого объема мозга у приматов. Тем не менее, несмотря на всю важность, это открытие не давало ответа, какие особенности в эмбриогенезе человека по сравнению с таковым у остальных приматов дали возможность Homo sapiens приобрести настолько развитую кору больших полушарий.

В новом генетическом исследовании ученым удалось выяснить, что причина огромных отличий человека и приматов кроется не столько в структуре ДНК, сколько в разной активности генов в определенных участках мозга. С помощью РНК-секвенирования ученые проследили за экспрессией 35 генов, присущих человеку и человекообразным обезьянам, в ходе кортикогенеза у человеческих эмбрионов. В результате было обнаружено 3 гена-паралога NOTCH2NL A/B/C рецептора NOTCH2, расположенных на 1 хромосоме в бэнде 1q21.1. Интересно, что упомянутые гены у приматов либо отсутствовали, либо находились в «нерабочем» состоянии.

Cигнальный путь Notch является одним из ключевых в определении направления дифференцировки клеток, а также в межклеточной сигнализации. Этот сигнальный путь обладает высокой консервативностью. В состав сигнального пути Notch входят собственно белки-рецепторы Notch, лиганды этих белков и нижележащие транскрипционные комплексы и мишени. Notch-сигналлинг вовлечен в регуляцию количества стволовых клеток во многих тканях, участвует в поддержании баланса между стволовыми свойствами предшественников нейронов и их способностью к дифференцировке.

По словам исследователей, найденные у человека гены семейства NOTCH2NL работают как видоспецифичные регуляторы нейрогенеза. Они увеличивают уровень самообновления и пролиферации RG-клеток, тем самым продлевая период нейрогенеза в коре полушарий человека.

«Из одной стволовой клетки вы можете получить либо две клетки-предшественницы, которые дадут два нейрона, либо одну предшественницу и один нейрон, — объясняет Пьер Вандерхаген. — И NOTCH2NL смещает выбор между этими вариантами в сторону двух клеток-предшественниц, что в итоге приводит к появлению большего числа нейронов». По мнению ученых, гены NOTCH2NLA/B/C ингибируют лигандNotch - DLL1 (белок семейства Delta), тем самым предотвращая связывание рецептора с лигандом и увеличивая работу Notch-сигнального пути, благодаря которому и происходит «правильный» выбор.

Кроме того, было показано, что гены NOTCH2NLA/Bинтенсивно экспрессируются в oRG-клетках.

По словам исследователей, видоспецифичные паралоги NOTCH2NL появились у предков человека около 3-4 миллионов лет назад в результате спонтанных мутаций в ходе копировании первой хромосомы, однако эти ошибки оказались "удачными" и привели к существенному развитию мозга.

Кроме того, ученые предполагают, что причина развития макро- и микроцефалии у человека может заключаться в вариации числа копий (CNV) генов NOTCH2NLA/B.

Оригинал статьи

Записаться на генетическую Школу