Ген ARHGAP11B делает мозг человеческим
Как эволюция увеличила наш мозг
Кирилл Стасевич, «Наука и жизнь»
На прошлой неделе весь научный (и не только научный) мир аплодировал работе исследователей из Университета Дьюка, которые увеличили мышиный мозг с помощью человеческой ДНК. Мышам пересаживали регуляторную последовательность под названием HARE5, которую брали из генома шимпанзе и человека. HARE5 работает энхансером (или помощником-стимулятором) гена Frizzled 8, от которого зависит деление клеток-предшественников корковых нейронов в развивающемся мозге. В результате оказалось, что, по сравнению с энхансером от шимпанзе, человеческий регуляторный фрагмент делал мозг мышей на 12% больше, за счёт увеличения числа нейронов в коре. Может, именно из-за этого отрезка ДНК человек и стал разумным?
Может, не только из-за него. Только что в Science вышла новая статья (Florio et al. Human-specific gene ARHGAP11B promotes basal progenitor amplification and neocortex expansion), «героем» которой стал другой участок ДНК, а именно – ген ARHGAP11B (подчеркнём – не регуляторный фрагмент, а именно ген, кодирующий информацию о белке). Виланд Хуттнер (Wieland B. Huttner) и его коллеги из Института молекулярной и клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка пытались выяснить, какие гены управляют развитием мозга у зародышей человека и мыши (A gene for brain size – only found in humans). В первую очередь авторов работы интересовали молекулярно-генетические отличия между развивающимся мозгом людей и развивающимся мозгом грызунов.
Извилины, которыми славится мозг приматов, возникли в эволюции относительно поздно,
и даже у грызунов их ещё нет. (Фото EUSKALANATO / Flickr.com.)
В формирование коры полушарий вносят вклад несколько типов стволовых клеток, которые с течением времени превращаются в различные нейроны. И первоочередной задачей было отделить такие клетки друг от друга, чтобы их можно было сравнить у человека и у мыши. В результате сравнения схожих линий стволовых клеток удалось найти 56 генов, которые работали в человеческом мозге, но которых не было у грызунов. Среди них оказался один особенно активный, вышеупомянутый ARHGAP11B. Про него известно, что он возник из-за неполного удвоения некоего предкового гена – неполного в том смысле, что в копии не хватало какой-то части оригинала. (В скобках заметим, что так выглядит обычный способ появления новых генов, когда возникает дополнительный вариант какой-то уже существующей последовательности, после чего один из вариантов становится «эволюционным полигоном», вбирающим мутации и приобретающим новые функции.) Копирование гена случилось уже после того, как человек откололся от обезьян: ARHGAP11B нет ни у шимпанзе, ни, тем более, у грызунов, однако он есть у неандертальцев и денисовских людей (ещё один вымерший подвид людей, за изучение которых Российская академия наук на днях присудила свою высшую награду). Так что о большой роли этого гена в «оразумливании» человека подозревали давно.
Теперь, можно сказать, подозрения подтвердились. Пересаженный мышам, ARHGAP11B вдвое увеличивал число нейронов в коре; более того, иногда у мышей с ARHGAP11B даже начинали формироваться извилины, которые, как известно, у грызунов полностью отсутствуют. На клеточном уровне действие гена сводилось к тому, что он увеличивал число промежуточных клеток-предшественников и побуждал их чаще делиться перед тем, как они окончательно превратятся в специализированные нейроны.
Мозг эмбриона мыши, в котором из-за человеческого гена начали формироваться извилины (правая половина).
(Фото Wieland Huttner / Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics.)
Конечно, эффективность мозга зависит не только от объёма, но и от характера связей между нейронами, от архитектуры нервных цепей и крупных нейронных «департаментов». Вместе с тем было бы странно отрицать, что чем больше нейронов, тем больше вариантов для самых разных архитектурных изысков. Так что своей разумностью мы в очень большой степени обязаны молекулярно-генетическим инструментам, которые добавили нам нервных клеток. Сейчас мы знаем два таких инструмента: регуляторный элемент HARE5 и ген ARHGAP11B, и не исключено, что дальнейшие исследования добавят сюда и других генетических «игроков».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
04.03.2015