Ученые рассказали, в чем различие между головным мозгом человека и приматов

17:12 19 Ноябрь Киев, Украина

То, что делает наш мозг уникальным и отличает нас от приматов содержится в некодирующей ДНК — части генома, не кодирующей белки. Именно здесь расположены фрагменты, определяющие наше мозговое развитие, выяснили ученые в эксперименте со стволовыми клетками человека и шимпанзе. Разница в длине определенных участков некодирующих ДНК влияет на активность нейронных генов.

98% нашего генома не содержат инструкций по образованию белков. Долгое время этим некодировочным регионам не приписывали ни одной функции, их называли «мусорными» генами, но сейчас известно, что они выполняют важные задачи, в частности для генной регуляции. По всей вероятности, что в процессе эволюции изменения именно в некодирующих фрагментах привели к человеческой уникальности.

Доказательства этому предоставила команда во главе с Пией Йогансоном (Pia Johansson) из Лундского университета в Швеции. Ученые сравнили человеческий геном с геномом шимпанзе – ближайшего родственника человека.
«После эволюционной тренировки человеческий передний мозг увеличился и усложнился, в результате чего в нем возник новый уровень когнитивных функций, — написали ученые. — В результате этих генетических изменений человеческая генеалогическая линия претерпела прогресс по сравнению с шимпанзе, но по сути генетические изменения, ответственные за эти эволюционные процессы, остаются невыясненными».
Релевантные гены, кодирующие белок у человека и шимпанзе, настолько сходны, что не могут объяснить существенные когнитивные отличия правильно.

Чтобы выявить отличия, ученые избрали другой подход.
«Вместо исследовать живых людей и шимпанзе мы выбрали выращенные в лаборатории стволовые клетки, которые перепрограммировали из клеток кожи», — пояснил коллега Йоганссон Йоган Якобссон (Johan Jakobsson).
Выращенные из стволовых клеток людей и шимпанзе мозговые клетки затем сравнимы друг с другом.

Ученые выяснили, что люди и шимпанзе иначе используют часть своей ДНК, которая важна для развития мозга.
«Эта часть ДНК, в которой мы заметили разногласия, стала неожиданностью, – сказал Якобссон. — Речь идет о так называемом структурном варианте ДНК, который раньше называли «мусорной ДНК»: длинная, самоповторяющаяся нить генома, которой долго не приписывали никаких функций».
Ища отличия, ранее ученые были склонны отбрасывать эти участки и сосредотачиваться на генах, кодирующих белок, а они составляют около 2% нашего общего ДНК.
«Наши результаты свидетельствуют о том, что за разницу в мозговом развитии отвечают проигнорированные ранее 98%, – объяснил Якобссон. То есть основание для эволюции человеческого мозга составляют генетические механизмы, которые намного сложнее, чем считали до сих пор».
 
Очевидно, некодируемые регионы вовлечены в регуляцию определенных генов, важных для мозгового развития. Регионы, идентифицировавшие Йоганссон и его коллеги в «некодировочной ДНК» у шимпанзе, существенно длиннее, чем у человека. Эта более длинная версия отключает у приматов ген, который называется ZNF558 и у людей остается активным, играя важную роль для мозгового развития. Если ученые подавляли этот ген в выращенных в лаборатории человеческих стволовых клетках, то те развивались подобно стволовым клеткам шимпанзе.

По мнению ученых, полученные результаты дают первые важные свидетельства о том, какие генетические факторы нас делают людьми и отличают от родственников-приматов. Новые свидетельства о некодирующей ДНК могли бы также объяснить, почему некоторые генетические психические расстройства и болезни возникают только у людей.
«Впереди еще долгий путь, ведь вместо того, чтобы исследовать 2% кодировочной ДНК, мы должны заняться всеми 100%, — а это гораздо более сложная задача для ученых», — сказал Якобссон.