SKúMAME JEDINEČNé GéNY, KTORé STOJA ZA NAŠIMI VEĽKýMI MOZGAMI

Vývoj génov, ktoré sa nachádzajú iba u ľudí a ktoré vznikli u našich predkov pred 3–4 miliónmi rokov, mohla viesť k vývoju našich väčších mozgov.

Prečo sú ľudské mozgy také porovnateľne veľké?

Toto odhalenie - a práca, ktorá k nemu viedla - je predmetom dvoch štúdií, ktoré sú v súčasnosti uverejnené v časopise Bunka.

Jednu štúdiu viedla Kalifornská univerzita (UC) Santa Cruz a druhú viedla Université Libre de Bruxelles v Belgicku.

Zistenia zaplňujú medzeru v našich vedomostiach o zmenách, ktoré riadili vývoj našich väčších mozgov a dávali nám schopnosť myslieť a riešiť problémy.

Gény - pomenované NOTCH2NL - patria do veľmi starej rodiny zvanej Notch, ktorá bola prvýkrát identifikovaná u ovocných mušiek; dostali svoje meno, pretože súviseli s genetickými chybami, ktoré spôsobovali, že muchy mali vrubové krídla.

Ako NOTCH2NL zvyšuje počet neurónov

Gény Notch sa vracajú „pred stovky miliónov rokov“ a „hrajú dôležitú úlohu v embryonálnom vývoji,“ hovorí David Haussler, ktorý je profesorom biomolekulárneho inžinierstva na UC Santa Cruz a spoluautorom prvého článku.

„Zistiť,“ pokračuje, „že ľudia majú nového člena tejto rodiny, ktorý sa podieľa na vývoji mozgu, je nesmierne vzrušujúce.“

Vedci zistili, že gény NOTCH2NL iba pre človeka majú kľúčovú úlohu vo vývoji ľudskej kôry, sídla pokročilých kognitívnych schopností, ako sú uvažovanie a jazyk.

Gény sú silne exprimované v nervových kmeňových bunkách kôry a oneskorujú ich dozrievanie do špecifických typov buniek.

Toto oneskorenie vedie k akumulácii väčšej zásoby kmeňových buniek, čo vedie k tomu, že sa v priebehu vývoja mozgu produkuje viac neurónov.

Gény zosilňujú signalizáciu počas vývoja

Gény NOTCH2NL sa nachádzajú v oblasti ľudského genómu - „dlhom ramene chromozómu 1“ -, ktorá je spojená s niekoľkými poruchami neurového vývoja, ako sú autizmus, mikrocefália, makrocefália a schizofrénia.

Niektoré poruchy súvisia s duplikáciou veľkých častí DNA a niektoré súvisia s deléciami. Sú známe pod spoločným názvom „syndrómy delécie / duplikácie 1q21.1“.

Proteíny kódované rodinou génov Notch sa zaoberajú signalizáciou vo vnútri buniek a tiež medzi bunkami.

Mnoho z týchto signálov usmerňuje osud kmeňových buniek - napríklad či sa majú diferencovať na mozgové alebo srdcové bunky - v mnohých častiach tela.

Vedci zistili, že gény NOTCH2NL kódujú proteíny, ktoré „zvyšujú“ Notch signalizáciu.

„Signalizácia zárezu,“ vysvetľuje spoluautorka štúdie Dr. Sofie R. Salama, ktorá je vedeckou pracovníčkou v oblasti biomolekulárneho inžinierstva v UC Santa Cruz, „už bolo známe, že je dôležitá pre vývoj nervového systému.“

„Zdá sa, že NOTCH2NL zosilňuje signalizáciu Notch, čo vedie k zvýšenej proliferácii nervových kmeňových buniek a oneskoreniu nervového dozrievania,“ dodáva.

„Chyby pri kopírovaní DNA“

Dr. Salama však poukazuje na to, že gény sú iba súčasťou oveľa väčšieho procesu, ktorý riadi vývoj ľudskej kôry: „nekonajú vo vákuu“.

Do hry vstúpili v „provokatívnom období v ľudskej evolúcii“. Spolu s kolegami tiež považovali za zaujímavé, že gény súvisia s vývojovými poruchami.

Zdá sa, že „chyby pri kopírovaní DNA“, ktoré sa vyskytli u našich predkov a ktoré spôsobili vznik génov NOTCH2NL, sú podobného typu ako chyby, ktoré spôsobujú neurologické poruchy pri syndróme delécie / duplikácie 1q21.1.

Chyby sa zvyčajne vyskytujú v miestach na chromozómoch, ktoré majú dlhé sekvencie DNA, ktoré sú „takmer identické“.

"Tieto dlhé segmenty DNA, ktoré sú takmer identické, môžu zmiasť replikačné mechanizmy a spôsobiť nestabilitu v genóme," vysvetľuje profesor Haussler.

Paradoxne by sa mohlo zdať, že proces duplikácie génov v oblasti chromozómu 1, ktorý nám poskytol naše väčšie mozgy, môže byť tiež zodpovedný za to, že sme zraniteľní voči syndrómu delécie / duplikácie 1q21.1.

Pomocou nástrojov na sekvenovanie našli vedci u dnešných ľudí osem verzií NOTCH2NL a majú podozrenie, že je ich tu ešte veľa.

Každá verzia NOTCH2NL sa mierne líši v postupnosti svojej DNA, ale aký efekt je stále záhadou.

Gény vykazovali jemné rozdiely pri testovaní v laboratórne vypestovaných bunkách. Stále však zostáva „urobiť ešte veľa práce“, aby sme zistili, čo tieto rozdiely znamenajú, hovorí doktor Salama.