Новое — это переработанное старое

Чем мозг человека и обезьян отличается от других животных? Логично, что строением. А что заставляет мозг приматов выстраиваться по определенной схеме, которая, отличается от мышиной? Опять же очевидно, что экспрессия генов. А каких генов? Хороший вопрос. В предпоследнем номере Nature как раз рассказывается про один из них — остеокрин (OSTN). Самое удивительное, что этот ген есть и у мышей, и у человека, но у мышей он влияет на круговорот глюкозы в костях и мышцах, а у человека за миллионы лет эволюции его функция перестроилась на регуляцию развития коры головного мозга.

Большинство исследований мозга проводят на мышах и крысах. Мыши, в целом — модель удобная, но имеет существенный недостаток — у них нет такой развитой коры головного мозга, как у приматов. Поэтому каждый раз при очередном открытии, совершенном на мышах, возникает негласный вопрос: «А у человека будет так же или все-таки по-другому?»

Исследователи из Гарварда попытались воспроизвести кору головного мозга человеческого плода в пробирке: вырастили на чашках Петри клетки коры, нейроны и глию и попытались воссоздать ее начальное развитие. Развитие коры человеческого мозга — далеко не автономный процесс, абсолютно необходим один фактор — это новый опыт, обучение, стимуляция мозга. Идея у исследователей была такая: при стимуляции нейронов их электрическая активность будет превращаться в сдвиг в экспрессии генов. Это задаст дальнейшее направлении развивающимся клеткам коры.

Как известно, гены стимулируют выработку РНК, которая, в свою очередь, ведет к образованию белка (та самая «экспрессия гена»). То есть «иметь ген в клетке» — не есть то же самое, что и «иметь продукт этого гена» в той же клетке. Одним из генов, который начинал активно экспрессироваться после того, как простимулировали нейроны коры человеческого мозга (но не мозга мышей), стал остеокрин. Нет, этот ген не уникален для человека — он есть и у мышей (как, впрочем, и у других млекопитающих). Но ключевое отличие в том, что у мышей продукт этого гена, белок остеокрин, можно найти в мышцах и костях (тканях, никак не связанных с нервной системой), а у человека белок остеокрин образуется только в коре мозга человека.

Как же эволюция сумела изменить функцию этого гена? Ответ заключается в регуляторных элементах ДНК, находящихся впереди гена остеокрина: в процессе эволюции произошла их перетасовка. Они дают сигнал клетке, чтобы та вырабатывала продукт гена остеокрина в человеческом мозге, тогда как в мышином мозге тот же самый ген заставляют «молчать». Появившись в коре головного мозга, белок остеокрин начинает влиять на форму отростков нейронов, тем самым стимулируя развитие нейронных сетей. Если в эксперименте тормозили экспрессию остеокрина, то дендриты коры укорачивались, а при его избытке они образовывали больше ответвлений.

Получается, что для того, чтобы в эволюции получить новую функцию, совсем необязательно изобретать что-то принципиально новое — достаточно заставить ген образовывать свой продукт в другом месте и в другое время, то есть переключить его «внимание» на что-то новое.

Даша Овсянникова, научный обозреватель