PROZKOUMEJTE JEDINEČNé GENY ZA NAŠIMI VELKýMI MOZKY

Vývoj genů, které se vyskytují pouze u lidí a vznikly u našich předků před 3–4 miliony let, mohl vést k vývoji našich větších mozků.

Proč jsou lidské mozky tak poměrně velké?

Toto odhalení - a práce, která k němu vedla - je předmětem dvou studií, které jsou nyní uvedeny v časopise Buňka.

Jedna studie byla vedena University of California (UC) Santa Cruz a druhou vedla Université Libre de Bruxelles v Belgii.

Zjištění zaplňují mezeru v našich znalostech o změnách, které vedly k vývoji našich větších mozků a poskytly nám schopnost myslet a řešit problémy.

Geny - pojmenované NOTCH2NL - patří do velmi staré rodiny zvané Notch, která byla poprvé identifikována u ovocných mušek; dostali své jméno, protože byly spojeny s genetickými chybami, které způsobily, že mouchy měly vrubová křídla.

Jak NOTCH2NL zvyšuje počet neuronů

Geny Notch se vracejí „stovky milionů let“ a „hrají důležitou roli v embryonálním vývoji,“ říká David Haussler, který je profesorem biomolekulárního inženýrství na UC Santa Cruz a spoluautorem prvního studijního článku.

"Zjistit," pokračuje, "že lidé mají nového člena této rodiny, který se podílí na vývoji mozku, je nesmírně vzrušující."

Vědci zjistili, že se zdá, že geny NOTCH2NL určené pouze pro člověka hrají klíčovou roli ve vývoji lidské kůry, sídla pokročilých kognitivních schopností, jako je uvažování a jazyk.

Geny jsou silně exprimovány v nervových kmenových buňkách kůry a zpomalují jejich zrání na specifické typy buněk.

Toto zpoždění vede k akumulaci větší zásoby kmenových buněk, což zase vede k tvorbě více neuronů v průběhu vývoje mozku.

Geny zvyšují signalizaci během vývoje

Geny NOTCH2NL se nacházejí v oblasti lidského genomu - „dlouhém rameni chromozomu 1“ -, která byla spojena s několika poruchami neurodevelopmentu, jako je autismus, mikrocefalie, makrocefalie a schizofrenie.

Některé z těchto poruch jsou spojeny s duplikací velkých částí DNA a některé jsou spojeny s delecemi. Jsou známí pod svým souhrnným názvem „1q21.1 deleční / duplikační syndromy“.

Proteiny kódované rodinou genů Notch se zabývají signalizací uvnitř buněk a také mezi buňkami.

Mnoho z těchto signálů řídí osud kmenových buněk - například zda se mají diferencovat na mozkové nebo srdeční buňky - v mnoha částech těla.

Vědci zjistili, že geny NOTCH2NL kódují proteiny, které „zvyšují“ Notch signalizaci.

„Signalizace zářezu,“ vysvětluje spoluautorka studie Dr. Sofie R. Salama, která je vědeckou pracovnicí v oboru biomolekulárního inženýrství na UC Santa Cruz, „již bylo známo, že je důležitá pro vývoj nervového systému.“

„Zdá se, že NOTCH2NL zesiluje signalizaci Notch, což vede ke zvýšené proliferaci nervových kmenových buněk a opožděnému nervovému dozrávání,“ dodává.

„Chyby při kopírování DNA“

Dr. Salama však zdůrazňuje, že geny jsou jen součástí mnohem většího procesu, který řídí vývoj lidské kůry: „nejednají ve vakuu“.

Do hry vstoupili v „provokativní době v lidské evoluci“. Ona a její kolegové také zjistili, že je zajímavé, že geny jsou spojeny s vývojovými poruchami.

Ukazuje se, že „chyby kopírování DNA“, ke kterým došlo u našich předků a které způsobily vznik genů NOTCH2NL, jsou podobného typu jako ty, které způsobují neurologické poruchy v syndromu delece / duplikace 1q21.1.

K chybám obvykle dochází v místech na chromozomech, které mají dlouhé sekvence DNA, které jsou „téměř identické“.

"Tyto dlouhé segmenty DNA, které jsou téměř identické, mohou zmást replikační aparát a způsobit nestabilitu v genomu," vysvětluje profesor Haussler.

Paradoxně by se mohlo zdát, že proces genové duplikace v oblasti chromozomu 1, který nám poskytl naše větší mozky, může být také zodpovědný za to, že jsme zranitelní vůči syndromu delece / duplikace 1q21.1.

Pomocí nástrojů pro sekvenování našli vědci u dnešních lidí osm verzí NOTCH2NL a mají podezření, že je třeba je objevit více.

Každá verze NOTCH2NL se mírně liší v sekvenování její DNA, ale do jaké míry je stále záhadou.

Geny vykazovaly jemné rozdíly při testování v laboratorně pěstovaných buňkách. Stále však zbývá „udělat mnohem více práce“, abychom zjistili, co tyto rozdíly znamenají, říká Dr. Salama.