Выявленные специфические для человека гены, которые влияют на размер мозга

Согласно исследованиям, опубликованным на этой неделе в журнале Cell, набор из трех почти идентичных генов, обнаруженных только у людей, NOTCH2NL, играет решающую роль в развитии нашего большого мозга.

Гены NOTCH2NL встречаются исключительно у людей и появляются от 3 до 4 миллионов лет назад, незадолго до того периода, когда найденные окаменелости демонстрируют резкое увеличение размеров головного мозга предков человека.

Эти гены принадлежат к древней семье генов, известных как гены NOTCH, впервые обнаруженные в плодовых мухах и названные в честь генетического дефекта, вызывающего надрезанные крылья.

Эволюция в сторону увеличения размера мозга за последние 3 миллиона лет сыграла важную роль в нашей способности как вида мыслить, решать проблемы и развивать культуру. Но генетические изменения, связанные с расширением, которые сделали нас людьми, были неуловимыми до сих пор.

Недавно идентифицированные человеко-специфичные гены были получены из NOTCH2, одного из четырех генов NOCH у млекопитающих, через событие дублирования, которое вставляло дополнительную частичную копию NOTCH2 в геном.

Это произошло в древнем виде обезьян, который был общим предком людей, шимпанзе и горилл. Частичный дубликат был нефункциональным «псевдогеном», версии которого все еще встречаются в геномах шимпанзе и гориллы.

Однако в человеческой линии этот псевдоген был «восстановлен», когда дополнительная ДНК NOTCH2 была скопирована на свое место, создав функциональный ген. Этот новый ген затем продублировали еще несколько раз, в результате чего были связаны четыре родственных гена NOTCH2NL.

Один из четырех генов NOTCH2NL, по-видимому, является нефункциональным псевдогеном, но другие три (NOTCH2NLA, NOTCH2NLB и NOTCH2NLC) являются активными генами, которые направляют производство усеченных версий исходного белка NOTCH2.

«Мы сравнивали гены, выраженные во время развития мозга у людей и обезьян в моделях, полученных из стволовых клеток, когда мы поняли, что мы можем обнаружить NOTCH2NL в клетках человека, но не у обезьян», — объясняют исследователи.

«Глядя на ДНК, мы также не видели ее в орангутанах и находили только усеченные, неактивные версии у наших ближайших родственников, горилл и шимпанзе».

«Реконструирование эволюционной истории генов NOTCH2NL показало, что процесс, называемый генной конверсией, вероятно, ответственен за восстановление нефункциональной версии NOTCH2NL, которая первоначально возникла как частичное дублирование основного нейроразвивающего гена, известного как NOTCH2».

«Это изменение произошло только у людей — и мы считаем, что это событие произошло 3-4 миллиона лет назад, примерно в то же самое время, когда летопись окаменелостей подсказывает, что человеческий мозг начал увеличиваться» — говорят ученые.

Больше информации: Cell, Fiddes et al.: «Human-specific NOTCH2NL genes affect Notch signaling and cortical neurogenesis» https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30383-0 DOI: 10.1016/j.cell.2018.03.051