SUURTEN AIVOJEMME TAKANA OLEVIEN AINUTLAATUISTEN GEENIEN TUTKIMINEN

Geeniryhmä, jota löytyy vain ihmisiltä ja joka syntyi esi-isiemme 3–4 miljoonaa vuotta sitten, on saattanut ajaa isojen aivojemme kehitystä.

Miksi ihmisen aivot ovat niin verrattain suuria?

Tämä ilmoitus - ja siihen johtanut työ - on kahden lehdessä raportoidun tutkimuksen aihe Solu.

Yhtä tutkimusta johti Kalifornian yliopisto (UC) Santa Cruz, ja toista johti Université Libre de Bruxelles Belgiassa.

Tulokset tukkivat aukon tietämyksessämme muutoksista, jotka ajoivat suurempien aivojemme kehityksen ja antoivat meille mahdollisuuden ajatella ja ratkaista ongelmia.

Geenit - nimeltään NOTCH2NL - kuuluvat hyvin vanhaan perheeseen nimeltä Notch, joka tunnistettiin ensimmäisen kerran hedelmäkärpäksissä; he saivat nimensä, koska ne liittyivät geneettisiin virheisiin, jotka aiheuttivat kärpäsillä lovitetut siivet.

Kuinka NOTCH2NL lisää hermosolujen lukumäärää

Notch-geenit menevät "satojen miljoonien vuosien taakse" ja "niillä on tärkeä rooli alkion kehityksessä", sanoo David Haussler, joka on UC Santa Cruzin biomolekyylitekniikan professori ja ensimmäisen tutkimusartikkelin toinen kirjoittaja.

"On erittäin jännittävää löytää", hän jatkaa, "että ihmisillä on uusi aivojen kehitykseen osallistuva perheenjäsen."

Tutkijat havaitsivat, että vain ihmisille tarkoitetuilla NOTCH2NL-geeneillä näyttää olevan keskeinen rooli ihmisen aivokuoren, kehittyneiden kognitiivisten kykyjen, kuten päättelyn ja kielen, kehityksessä.

Geenit ilmentyvät voimakkaasti aivokuoren hermosoluissa ja viivästyttävät niiden kypsymistä tietyiksi solutyypeiksi.

Tämä viive johtaa suuremman kantasolujen kerääntymiseen, mikä puolestaan johtaa siihen, että aivojen kehityksen aikana tuotetaan enemmän hermosoluja.

Geenit lisäävät signalointia kehityksen aikana

NOTCH2NL-geenit sijaitsevat ihmisen genomin alueella - "kromosomin 1 pitkällä varrella" -, joka on yhdistetty useisiin hermoston kehityshäiriöihin, kuten autismiin, mikrokefaliaan, makrokefaliaan ja skitsofreniaan.

Jotkut häiriöistä liittyvät suurten DNA-osien päällekkäisyyteen ja jotkut deleetioihin. Ne tunnetaan yhteisnimellään "1q21.1-poisto- / kopiointisyndroomat".

Notch-geeniperheen koodaamat proteiinit liittyvät signalointiin solujen sisällä ja myös solujen välillä.

Monet näistä signaaleista ohjaavat kantasolujen kohtaloa - esimerkiksi erotetaanko ne aivosoluiksi vai sydänsoluiksi - monissa kehon osissa.

Tutkijat havaitsivat, että NOTCH2NL-geenit koodaavat proteiineja, jotka "parantavat" Notch-signalointia.

"Notch signalointi", kertoo tutkimuksen vanhempi tutkija Dr. Sofie R. Salama, joka on UC Santa Cruzin biomolekyylitekniikan tutkija, "tiedettiin jo olevan tärkeä kehittyvässä hermostossa."

"NOTCH2NL näyttää vahvistavan Notch-signalointia, mikä johtaa hermosolujen lisääntyneeseen lisääntymiseen ja viivästyneeseen hermoston kypsymiseen", hän lisää.

DNA-kopiointivirheet

Tohtori Salama huomauttaa kuitenkin, että geenit ovat vain osa paljon suurempaa prosessia, joka kontrolloi ihmisen aivokuoren kehitystä: ne eivät "toimi tyhjiössä".

He alkoivat pelata ”provosoivalla hetkellä ihmisen evoluutiossa”. Hän ja hänen kollegansa pitivät myös mielenkiintoisena sitä, että geenit liittyvät kehityshäiriöihin.

Vaikuttaa siltä, että esi-isiemme aikana tapahtuneet "DNA-kopiointivirheet", jotka ovat johtaneet NOTCH2NL-geeneihin, ovat samantyyppisiä kuin ne, jotka aiheuttavat neurologisia häiriöitä 1q21.1-deleetio / duplikaatio-oireyhtymässä.

Tyypillisesti virheitä tapahtuu kromosomien paikoissa, joissa on pitkiä DNA-sekvenssejä, jotka ovat "lähes identtisiä".

"Nämä pitkät, lähes identtiset DNA-segmentit voivat sekoittaa replikointikoneiston ja aiheuttaa epävakautta genomissa", prof Haussler selittää.

Paradoksaalisesti näyttää siltä, että geenin kaksoisprosessi kromosomin 1 alueella, joka antoi meille isommat aivomme, voi myös olla vastuussa siitä, että meistä tehdään alttiita 1q21.1-deleetio- / duplikaatio-oireyhtymälle.

Sekvensointityökalujen avulla tutkijat löysivät nykypäivän ihmisistä kahdeksan versiota NOTCH2NL: stä, ja he epäilevät löytävänsä lisää.

Jokainen NOTCH2NL-versio vaihtelee hieman DNA: n sekvensoinnissa, mutta mikä vaikutus on edelleen mysteeri.

Geenit osoittivat hienovaraisia eroja testattaessa laboratoriossa kasvatetuissa soluissa. Kuitenkin on vielä "paljon enemmän työtä" selvittääkseen, mitä nämä erot tarkoittavat, tohtori Salama sanoo.