РНК показала отличия мозга человека от мозга остальных приматов
Основным различием между головным мозгом человека и других видов приматов является экспрессия генов, отвечающих за биосинтез различных нейромедиаторов, включая дофамин. Это выяснили американские ученые, которые провели анализ транскриптома головного мозга трех видов приматов: шимпанзе, макаки-резуса и человека. Работа опубликована в журнале Science.
В процессе эволюции человеческий мозг приобрел больший размер (он примерно в три раза больше мозга ближайшего сохранившегося родственника современных людей — шимпанзе) и большее количество нервных клеток, тем самым расширив диапазон когнитивных (и других) способностей Homo sapiens. Тем не менее, для лучшего понимания причин появившихся в процессе эволюции функциональных и анатомических различий между человеческим мозгом и мозгом других видов приматов, их необходимо изучить на более глубоком уровне.
Для того, чтобы лучше изучить молекулярные и клеточные различия между мозгами различных видов приматов, авторы новой работы под руководством профессора Йельского университета Ненада Сестана (Nenad Sestan) провели анализ транскриптома 16 различных участков мозга человека, обыкновенного шимпанзе (Pan troglodytes) и макаки-резуса (Macaca mulatta). Ученые секвенировали 26,5 тысяч цепочек РНК, включая как 16,5 тысяч матричных РНК (мРНК), хранящих информацию о первичной структуре кодируемых белков, так и 3,2 тысячи некодирующих РНК. С помощью этого ученые смогли проследить различия в экспрессии генов в различных участках мозга среди трех разных видов.
Исследователи обнаружили пониженную или повышенную экспрессию (англ. down-regulation/up-regulation) 11,9 процента мРНК и 13,6 процента микроРНК в различных участках головного мозга, характерную для человека. Эти участки включали полосатое тело (важную часть как моторной системы, так и системы вознаграждения), таламус (он обрабатывает сенсорную и моторную информацию, а также участвует в регуляции циркадных ритмов и внимания), первичную зрительную кору и дорсолатеральную часть префронтальной коры — одного из главных участков мозга, принимающих участие в высшей нервной деятельности. Интересно, что различия в экспрессии генов в новой коре (или неокортексе — наиболее эволюционировавшей части головного мозга, которая лучше всего развита у приматов) указали на пониженную экспрессию всего 31 гена, среди которых — подавленный TWIST1, мутацию которого связывают с умственной отсталостью.
Кроме того, ученые обнаружили характерную для мозга человека повышенную экспрессию генов, включающих два фермента (тирозингидроксилазу и декарбоксилазу), участвующих в биосинтезе нейромедиатора дофамина в полосатом теле, гиппокампе и миндалевидном теле. Анализ экспрессии генов других приматов, наоборот, указал на сниженную экспрессию этих ферментов. Проанализировав данные предыдущих исследований, проведенные на развивающемся человеческом мозге, исследователи также выяснили, что экспрессия фермента тирозингидроксилазы увеличивается во время внутриутробного развития и периода взросления.
Разная чувствительность генов мозга человека и других приматов объясняет эволюционное преимущество человеческого мозга. В частности, дофаминергические нейроны в полосатом теле принимают участие в регуляции моторной деятельности и связывают гиппокамп с префронтальной корой. Кроме того, дофамин, например, участвует в системе вознаграждения головного мозга (в процессах получения удовольствия, выражения мотивации и обучения). Ученые, поэтому, отмечают, что для изучения эволюционного развития головного мозга необходимо проводить анализ экспрессии генов, отвечающих за синтез и других нейромедиаторов.
В начале этого года ученые разработали методику эффективного анализа ДНК исторических биологических образцов, сохраненных в формалине, — об этом вы можете прочитать здесь. Подробнее о технологиях чтения ДНК читайте в нашем материале.
Елизавета Ивтушок
Эти эффекты зависели от пола
Американские исследователи выяснили, что прием каннабидиола беременными мышами связан с нарушениями термической болевой чувствительности, способности к решению задач и возбудимости префронтальной коры мозга у их потомства, причем эти эффекты зависят от пола. Отчет о работе опубликован в журнале Molecular Psychiatry. В странах, где препараты конопли разрешены для медицинского или рекреационного применения, некоторые беременные женщины принимают каннабидиол (второй по количеству каннабиноид после тетрагидроканнабинола) в чистом виде или в составе медицинской марихуаны для борьбы с тошнотой, считая, что это безопасно. При этом каннабидиол, не обладающий психоактивными свойствами, проникает через гематоплацентарный барьер и связывается с многими рецепторами, принимающими участие в развитии мозга, в том числе серотониновыми 5-HT1A, термочувствительными ваниллоидными TRPV1 и калиевыми каналами Kv7. Возможные последствия этого для потомства остаются малоизученными. Чтобы разобраться в этом вопросе, сотрудники из Университета Колорадо под руководством Эмили Энн Бейтс (Emily Anne Bates) вводили внутрижелудочно мышам с пятого дня беременности (примерно конец первого триместра) до родов 50 миллиграмм каннабидиола (высокая доза) в подсолнечном масле на килограмм массы тела ежедневно. Животные из контрольной группы получали только подсолнечное масло. На продолжительность беременности, набор массы тела в течение нее, размер и пол помета прием препарата не влиял. Он и его метаболиты полностью вывелись из плазмы мышат на восьмой день от рождения. Подошвенный тест на аппарате Харгиривза в возрасте 11 недель показал, что после внутриутробного воздействия каннабидиола у потомства мужского, но не женского пола значительно (p = 4,99 × 10-8) понижен порог термической болевой чувствительности. При нокауте гена TRPV1 он не изменялся, а значит, эффект связан именно с этими рецепторами. По данным тестов с темно-светлой камерой и различными лабиринтами, прием каннабидиола во время беременности не влиял на уровень тревожности, компульсивность и пространственную память потомства. В экспериментах с клетками-головоломками выяснилось, что после такого воздействия самки, но не самцы медленнее (p = 0,02) справляются с решением задач, что, вероятно, связано с гиперактивацией 5-HT1A-рецепторов. Электрофизиологическое исследование в возрасте 14–21 дня показало, что у таких самок повышен (p = 0,00007) порог запуска потенциала действия (то есть снижена возбудимость) Kv7-положительных пирамидных нейронов слоя 2/3 префронтальной коры, отвечающей за обучение и исполнительные функции. Плотность, размеры и морфология дендритных шипиков этих клеток затронуты не были, однако амплитуда возбуждающих потенциалов, вызванных активацией глутаматных AMPA-рецепторов, оказалась существенно снижена (p = 0,0009). У самцов подобных изменений не наблюдалось. Полученные данные свидетельствуют о том, что ежедневный прием высоких доз каннабидиола на протяжении последних двух триместров беременности мышами вызывает изменения физиологии нейронов и развития нервной системы у потомства, что в дальнейшем проявляется сенсорными и поведенческими расстройствами, причем эти эффекты зависят от пола животных. Авторы работы намерены уточнить, как на них влияют доза препарата и его прием в отдельные периоды беременности. В 2022 году канадские исследователи сообщили, что около двух процентов их беременных соотечественниц употребляют марихуану, причем это коррелирует с повышенным риском преждевременных родов, низкой массы ребенка при рождении, недостаточным или избыточным весом для гестационного возраста, любых врожденных аномалий, кесарева сечения и гестационного диабета.