UTFORSKE DE UNIKE GENENE BAK DE STORE HJERNENE VåRE

En gruppe gener som bare finnes hos mennesker og oppstod hos våre forfedre for 3–4 millioner år siden, kan ha drevet utviklingen av våre større hjerner.

Hvorfor er menneskers hjerner så relativt store?

Denne åpenbaringen - og arbeidet som førte til den - er gjenstand for to studier som nå er rapportert i tidsskriftet Celle.

Den ene studien ble ledet av University of California (UC) Santa Cruz, og den andre ble ledet av Université Libre de Bruxelles i Belgia.

Funnene setter et gap i kunnskapen vår om endringene som drev utviklingen av de større hjernene våre og ga oss muligheten til å tenke og løse problemer.

Genene - kalt NOTCH2NL - tilhører en veldig gammel familie kalt Notch som først ble identifisert i fruktfluer; de fikk navnet sitt fordi de var knyttet til genetiske feil som førte til at fluene hadde hakkede vinger.

Hvordan NOTCH2NL øker antall neuroner

Hakkgener går tilbake "hundrevis av millioner av år" og "spiller viktige roller i embryonal utvikling", sier David Haussler, som er professor i biomolekylær ingeniørfag ved UC Santa Cruz og medforfatter av det første studieoppgaven.

"Å finne," fortsetter han, "at mennesker har fått et nytt medlem av denne familien som er involvert i hjernens utvikling, er ekstremt spennende."

Forskerne fant at de bare menneskelige NOTCH2NL-genene ser ut til å ha en nøkkelrolle i utviklingen av den menneskelige cortex, sete for avanserte kognitive evner som resonnement og språk.

Genene uttrykkes sterkt i hjernebarkens nevrale stamceller og forsinker modning i spesifikke celletyper.

Denne forsinkelsen resulterer i akkumulering av et større basseng av stamceller, noe som igjen fører til at flere nerveceller blir produsert i løpet av hjernens utvikling.

Gener øker signaliseringen under utvikling

NOTCH2NL-gener er lokalisert på et område av det menneskelige genomet - “den lange armen av kromosom 1” - som har vært knyttet til flere nevroutviklingsforstyrrelser som autisme, mikrocefali, makrocefali og schizofreni.

Noen av forstyrrelsene er knyttet til duplisering av store deler av DNA, og noen er knyttet til sletting. De er kjent under deres kollektive navn "1q21.1 sletting / duplisering syndromer."

Proteinene kodet av Notch-genfamilien er opptatt av signalisering i celler og også mellom celler.

Mange av disse signalene styrer skjebnen til stamceller - for eksempel om de skal skille seg ut i hjerneceller eller hjerteceller - i mange deler av kroppen.

Forskerne fant at NOTCH2NL-gener koder for proteiner som "forbedrer" Notch-signalering.

"Notch signaling", forklarer forfatter av studien, Dr. Sofie R. Salama, som er forsker innen biomolekylær ingeniør ved UC Santa Cruz, "var allerede kjent for å være viktig i utviklingen av nervesystemet."

"NOTCH2NL ser ut til å forsterke Notch-signalering, noe som fører til økt spredning av nevrale stamceller og forsinket nevral modning," legger hun til.

‘DNA-kopieringsfeil’

Dr. Salama påpeker imidlertid at genene bare er en del av en mye større prosess som styrer utviklingen av den menneskelige hjernebarken: de "handler ikke i et vakuum."

De spilte inn i en "provoserende tid i menneskelig evolusjon." Hun og hennes kolleger syntes det også var interessant at genene er assosiert med utviklingsforstyrrelser.

Det ser ut til at “DNA-kopieringsfeilene” som oppstod hos våre forfedre som ga opphav til NOTCH2NL-gener, er av en lignende type som de som gir opphav til nevrologiske lidelser i 1q21.1-sletting / dupliseringssyndrom.

Vanligvis skjer feilene på steder på kromosomer som har lange DNA-sekvenser som er "nesten identiske."

"Disse lange DNA-segmentene som er nesten identiske kan forvirre replikasjonsmaskineriet og forårsake ustabilitet i genomet," forklarer prof. Haussler.

Paradoksalt nok ser det ut til at gendupliseringsprosessen i kromosom 1-regionen som ga oss våre større hjerner, også kan være ansvarlig for å gjøre oss sårbare for 1q21.1 sletting / dupliseringssyndrom.

Ved å bruke sekvenseringsverktøy fant forskerne åtte versjoner av NOTCH2NL hos dagens mennesker, og de mistenker at det er mer å oppdage.

Hver NOTCH2NL-versjon varierer litt i rekkefølgen av DNA, men til hvilken effekt er det fortsatt et mysterium.

Genene viste subtile forskjeller når de ble testet i laboratoriedrevne celler. Imidlertid er det fortsatt "mye mer arbeid å gjøre" for å finne ut hva disse forskjellene betyr, sier Dr. Salama.