Немецкие ученые обнаружили ген, который участвовал в процессе увеличения мозга у предков человека. Введенный мышам, этот ген привел в к образованию у них зачаточных извилин, которые не встречаются у грызунов. Исследование опубликовано в Science, кратко о нем можно прочитать на сайте издания.
Обнаружить искомый ген удалось за счет анализа траскрипцинной активности в нескольких популяциях клеток радиальной глии. Эти клетки существуют только во время роста коры мозга, а после его окончания превращаются в другие типы клеток. Роль радиальной глии сильно отличается от глии взрослого животного – это название скорее историческое, чем функциональное. Клетки радиальной глии, во-первых направляют нейроны при их миграции в кору, а во-вторых, активно делятся и дают начало как нейронам, так и «настоящим» глиальным клеткам. Фактически, они являются промежуточной формой между стволовыми клетками и дифференцированными глиальными клетками, имеющими в мозге чисто вспомогательную роль.
В своей работе ученые искали гены, которые по-разному экспрессируются в клетках нскольких популяций радиальной глии у мышей и у человека. Таким образом было найдено 56 генов, преимущественно активных именно в клетках человека. Сравнение экспрессии генов в коре мозга между видами ранее проводилось неоднократно, однако в данном случае ученые сравнивали определенные популяции клеток, а не ткань целиком – именно это и определило успех работы.
Самая драматическая разница в экспрессии была показана для гена ARHGAP11B, кодирующего один из белков сигнального пути. Предшественник этого гена, как известно из результатов секвенирования, у предков человека испытал дупликацию, в результате чего неандертальцы, денисовцы и сапиенсы получили по две копии (в том числеARHGAP11B), а у шимпанзе осталась только одна копия.
Самый интересный результат работы заключается в том, что введение ARHGAP11B в геном мышей привел к сильному увеличению частоты деления клеток радиальной глии. Это увеличило общий объем коры и даже привело к образованию примитивных извилин, которых в норме у мышей нет. Как извилины сказались на поведении мышей не ясно – авторы этого не проверяли.
Несколько дней назад была опубликована очень схожая по тематике работа, в которой также ученые занимались поиском генетических основ экспансии коры у предков человека. Тогда удалось обнаружить энхансер HARE5, человеческий вариант которого заставляет гораздо чаще делится предшественники нейронов, чем вариант шимпанзе. Эксперимент, как и в новой работе проводился на генномодифицированных мышах – встраивание HARE5 в их ДНК на 12 процентов увеличивало объем их мозга.