A nagy agyunk mögött álló egyedi gének feltárása
Egy olyan géncsoport, amely csak az emberekben található meg, és 3–4 millió évvel ezelőtt az őseinkben keletkezett, nagyobb agyunk evolúcióját vezérelhette.
Ez a kinyilatkoztatás - és az ahhoz vezető munka - két tanulmány tárgyát képezi, amelyet most a folyóirat ismertet Sejt.
Az egyik vizsgálatot a Kaliforniai Egyetem (UC) Santa Cruz, a másikat a belgiumi Université Libre de Bruxelles vezette.
A megállapítások pótolják a nagyobb agyunk fejlődését vezérlő változásokkal kapcsolatos ismereteink hiányosságát, és képesek voltak gondolkodni és megoldani a problémákat.
A NOTCH2NL nevű gének egy nagyon régi Notch nevű családhoz tartoznak, amelyet először a gyümölcslegyek azonosítottak; azért kapták a nevüket, mert genetikai hibákhoz kapcsolódtak, amelyek miatt a legyek rovátkás szárnyakat kaptak.
Hogyan növeli a NOTCH2NL az idegsejtek számát
A bevágott gének „több száz millió éves múltra tekintenek vissza”, és „fontos szerepet játszanak az embrionális fejlődésben” - mondja David Haussler, aki az UC Santa Cruz biomolekuláris mérnöki professzora és az első tanulmány dolgozatának társszerzője.
"Rendkívül izgalmas megállapítani - folytatja -, hogy az embereknek van egy új tagja ebből a családból, amely részt vesz az agy fejlődésében."
A kutatók azt találták, hogy a kizárólag az emberi szervezet számára létrehozott NOTCH2NL gének kulcsfontosságú szerepet játszanak az emberi kéreg kialakulásában, amely olyan fejlett kognitív képességek székhelye, mint az érvelés és a nyelv.
A gének erősen expresszálódnak a kéreg idegi őssejtjeiben, és késleltetik érésüket meghatározott sejttípusokká.
Ez a késleltetés egy nagyobb őssejt-készlet felhalmozódását eredményezi, ami viszont több idegsejt termeléséhez vezet az agy fejlődése során.
A gének a fejlesztés során fokozzák a jelátvitelt
A NOTCH2NL gének az emberi genom azon területén találhatók - „az 1. kromoszóma hosszú karján” -, amely számos neurodevelopmentális rendellenességhez kapcsolódott, mint például autizmus, mikrokefália, makrocefália és skizofrénia.
A rendellenességek egy része a DNS nagy szakaszainak duplikációjához, mások pedig a deléciókhoz kapcsolódnak. „1q21.1 törlési / duplikációs szindrómák” gyűjtőnéven ismerik őket.
A Notch géncsalád által kódolt fehérjék a sejteken belüli és a sejtek közötti jelátvitellel is foglalkoznak.
Ezen jelek közül sok az őssejtek sorsát irányítja - például agyi sejtekké vagy szívsejtekké differenciálódás céljából - a test számos részén.
A kutatók megállapították, hogy a NOTCH2NL gének olyan fehérjéket kódolnak, amelyek „fokozzák” a Notch jelátvitelt.
"Rovátkás jelzés" - magyarázza Dr. Sofie R. Salama, a tanulmány egyik vezető tanulmányírója, aki az UC Santa Cruz biomolekuláris mérnöki kutatója, "már ismert volt, hogy fontos a fejlődő idegrendszerben."
"Úgy tűnik, hogy a NOTCH2NL felerősíti a Notch jelátvitelt, ami az idegi őssejtek fokozott szaporodásához és késleltetett idegi éréshez vezet" - teszi hozzá.
„DNS-másolási hibák”
Dr. Salama azonban rámutat, hogy a gének csak egy sokkal nagyobb folyamat részét képezik, amely ellenőrzi az emberi kéreg fejlődését: nem „vákuumban hatnak”.
„Az emberi evolúció provokatív időszakában” léptek játékba. Kollégáival azt is érdekesnek találta, hogy a gének fejlődési rendellenességekkel társulnak.
Úgy tűnik, hogy az őseinknél előforduló „DNS-másolási hibák”, amelyek a NOTCH2NL géneket okozták, hasonló típusúak, mint azok, amelyek neurológiai rendellenességeket okoznak az 1q21.1 deléciós / duplikációs szindrómában.
Jellemzően a hibák a kromoszómák olyan helyein történnek, amelyek hosszú, szinte azonos DNS-szekvenciákkal rendelkeznek.
"A DNS ezen hosszú, szinte azonos szegmensei megzavarhatják a replikációs gépezetet és instabilitást okozhatnak a genomban" - magyarázza Haussler professzor.
Paradox módon úgy tűnik, hogy az 1-es kromoszóma régióban a nagyobb agyunkat adó gén-duplikációs folyamat felelős lehet azért is, hogy sebezhetővé tegyünk minket az 1q21.1 deléció / duplikációs szindróma ellen.
Szekvenáló eszközök segítségével a kutatók a NOTCH2NL nyolc változatát találták meg a mai emberben, és arra gyanakszanak, hogy még van mit felfedezni.
Minden NOTCH2NL változat kissé eltér a DNS szekvenciájától, de hogy milyen hatással van, még mindig rejtély.
A gének finom különbségeket mutattak laboratóriumban növesztett sejtekben tesztelve. Mindazonáltal még mindig sokkal több a munka, hogy megtudjuk, mit jelentenek ezek a különbségek - mondja Dr. Salama.
"Megállapítottuk, hogy mindegyikük elősegítheti a Notch jelzését."
Dr. Sofie R. Salama
