Нашият мозък е органът, който най-много отличава хората от другите примати. Неговият изключителен размер, сложност и възможности далеч надхвърлят тези на всеки друг вид на Земята. И все пак хората споделят над 95% от нашия геном с шимпанзетата, нашите най-близки живи роднини.
Група изследователи наскоро си поставиха за цел да определят как гените в различни видове мозъчните клетки са еволюирали в сравнение с тези на шимпанзетата. Те откриват, че макар нашите гени да кодират почти едни и същи протеини като другите маймуни, много от нашите гени са много по-продуктивни от тези на другите примати.
Техните резултати, публикувани в Proceedings of the National Academy of Sciences, подчертават ролята на генната експресия в еволюцията и функцията на човешкия мозък.
По време на транслацията тРНК, заредена с аминокиселина, навлиза в рибозомата и се подравнява с правилния триплет иРНК. След това рибозомата добавя аминокиселина към нарастващата протеинова верига. Кредит: Williams & Wilkins. Instructor’s Resource CD-ROM to Accompany Porth’s Pathophysiology: Concepts of Altered Health States, Seventh Edition.- преведена от bgchaos
Чертежите на природата
Всеки ген казва на клетката да направи специфична молекула, но това не се извършва от самата ДНК. Вместо това информацията се предава на клетъчните машини от молекула, наречена информационна РНК. Изследователите измерват генната експресия, като наблюдават количеството иРНК, което произвежда специфичен ген.
Когато учените започват да разбират ролята на генома като план на живота, те са смятали, че може би човешкият геном може да обясни нашите уникални черти. Но едно задълбочено сравнение с шимпанзетата през 2005 г. показа, че споделяме 99% от гените си (макар че оттогава учените преразглеждат това число). Това потвърждава по-ранни проучвания, основани на малък брой гени, които предполагат, че между геномите на човека и шимпанзето има много малка разлика. (вж "Колко ДНК споделят хората с други животни и растения?")
Сега биолозите подозират, че генната експресия може да е в основата на тези различия.
Кредит: Needpix.com (CC0 1.0 Public Domain)
Да разгледаме пеперудата монарх. Възрастният индивид има същия геном, както когато е бил гъсеница. Невероятните разлики между двата жизнени етапа се дължат на генната експресия. Включването и изключването на различни гени или кодирането на повече или по-малко иРНК може драстично да промени характеристиките на организма.
По-ясна картина
Предишни изследвания са установили разлики в генната експресия между хората и шимпанзетата, както и че човешките клетки обикновено имат по-висока генна експресия, но картината е била неясна. Мозъкът е съставен от много разновидности на клетките. Традиционно учените организират мозъчните клетки в два основни типа: неврони и глиални клетки. Невроните пренасят електрохимични сигнали, малко като медните проводници в една сграда. Глиалните клетки изпълняват повечето от другите функции, като изолиране на проводниците, поддържане на структурата и изчистване на отпадъците.
Доскоро учените са можели да изследват само обемни тъканни проби, съставени от много различни видове клетки. Но през последното десетилетие стана възможно да се изследват клетъчните ядра едно по едно. Това позволява на изследователите да разграничават клетъчните типове, а често дори и подтипове.
Учените използват набори от данни, генерирани от устройство с много тесен канал, за да отделят всяко ядро в собствена камера в масив. След това те групират клетките по тип, преди да извършат статистически анализ.
Екипът измерва генната експресия, наблюдавайки количеството на иРНК, произвеждана от определен ген при хора, шимпанзета и макаци. Повишената генна експресия произвежда повече иРНК в даден вид в сравнение с останалите, а понижената генна експресия - по-малко. Сравняването на шимпанзета и хора с макаци позволява на изследователите да определят кога разликите между двете маймуни се дължат на промени в шимпанзетата, на промени в хората или и на двете.
Авторите са регистрирали разлики в експресията на около 5-10 % от 25 000 гена в изследването. Като цяло човешките клетки са имали повече регулирани гени в сравнение с шимпанзетата. Това е много по-голям процент, отколкото изследователите са установявали, когато не са могли да разделят анализа по видове клетки. Процентът нараснал до 12-15%, когато авторите започнали да разглеждат клетъчните подтипове.
Сега те виждат, че отделните клетъчни типове имат свой собствен еволюционен път, ставайки все по-специализирани.
Не само невроните
Сложността на нашите невронни пътища е ненадмината в животинското царство. Въпреки това изследователите подозират, че уникалният ни интелект не е резултат от това само по себе си. Човешките глиални клетки съставляват повече от половината от клетките в мозъка ни, което е много по-голям процент дори от този при шимпанзетата.
Сред глиалните клетки олигодендроцитите показват най-големи разлики в генната експресия. Тези клетки създават изолацията, която покрива невроните, позволявайки на електрическите им сигнали да се движат много по-бързо и ефективно. В съвместно проучване, публикувано през предходната година, екипът наблюдава, че хората имат по-високо съотношение между прекурсори и зрели олигодендроцити в сравнение с шимпанзетата. Изследователите предполагат, че това може да е свързано с невероятната невронна пластичност и бавното развитие на човешките мозъци.
Повишената сложност на нашата невронна мрежа вероятно не е еволюирала сама. Тя не би могла да се появи, ако всички тези други клетъчни типове също не са еволюирали и не са позволили разширяването на невронното разнообразие, броя на невроните и сложността на мрежите.
В това изследване са разгледани клетки само от няколко области на мозъка. Въпреки това клетките в една област на мозъка могат да се различават от своите аналози в други области. Екипът планира да проучи механизмите, които стоят зад разликите в генната експресия, и как гените се съотнасят към различни черти.
Групата учени също така планират да проследят диференцираната генна експресия още по-рано в нашата еволюционна история, включвайки изходни данни от още по-далечно свързани животни. Те се интересуват и от изучаването на геномните различия между нас и други архаични хора като неандерталците и денисовците.
Еволюцията е нещо повече от просто промяна на гените. Диференцираната генна експресия наистина е начинът, по който са еволюирали човешките мозъци.
Справка: Dennis Joshy et al, Accelerated cell-type-specific regulatory evolution of the human brain, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2411918121
Източник: Gene expression study reveals human brain cell types becoming more specialized, not just more numerous, Harrison Tasoff, University of California - Santa Barbara
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари