Explorarea genelor unice din spatele creierelor noastre mari
Un grup de gene care se găsește doar la oameni și a apărut în strămoșii noștri cu 3-4 milioane de ani în urmă poate să fi condus evoluția creierului nostru mai mare.
Această revelație - și lucrarea care a condus la aceasta - face obiectul a două studii raportate acum în jurnal Celula.
Un studiu a fost condus de Universitatea din California (UC) Santa Cruz, iar celălalt a fost condus de Université Libre de Bruxelles din Belgia.
Descoperirile acoperă un decalaj în cunoștințele noastre despre schimbările care au condus evoluția creierului nostru mai mare și ne-au oferit capacitatea de a gândi și de a rezolva probleme.
Genele - numite NOTCH2NL - aparțin unei familii foarte vechi numită Notch, care a fost identificată pentru prima dată în muștele fructelor; și-au primit numele deoarece erau legate de defecte genetice care au determinat muștele să aibă aripi crestate.
Cum NOTCH2NL crește numărul de neuroni
Genele Notch se întorc în urmă cu „sute de milioane de ani” și „joacă roluri importante în dezvoltarea embrionară”, spune David Haussler, care este profesor de inginerie biomoleculară la UC Santa Cruz și co-autor al primei lucrări de studiu.
„Să constate, continuă el,„ că oamenii au un nou membru al acestei familii care este implicat în dezvoltarea creierului este extrem de interesant ”.
Cercetătorii au descoperit că genele NOTCH2NL numai pentru om par să aibă un rol cheie în dezvoltarea cortexului uman, sediul abilităților cognitive avansate precum raționamentul și limbajul.
Genele sunt puternic exprimate în celulele stem neuronale ale cortexului și întârzie maturarea lor în tipuri de celule specifice.
Această întârziere are ca rezultat acumularea unui bazin mai mare de celule stem, ceea ce, la rândul său, duce la producerea mai multor neuroni pe parcursul dezvoltării creierului.
Genele stimulează semnalizarea în timpul dezvoltării
Genele NOTCH2NL sunt localizate pe o zonă a genomului uman - „brațul lung al cromozomului 1” - care a fost legată de mai multe tulburări ale neurodezvoltării, cum ar fi autismul, microcefalia, macrocefalia și schizofrenia.
Unele dintre tulburări sunt legate de duplicarea unor secțiuni mari de ADN, iar altele sunt legate de ștergeri. Acestea sunt cunoscute sub numele lor colectiv „sindroame de ștergere / duplicare 1q21.1”.
Proteinele codificate de familia genelor Notch sunt preocupate de semnalizarea în interiorul celulelor și, de asemenea, între celule.
Multe dintre aceste semnale direcționează soarta celulelor stem - de exemplu, dacă se diferențiază în celule cerebrale sau celule cardiace - în multe părți ale corpului.
Cercetătorii au descoperit că genele NOTCH2NL codifică proteine care „sporesc” semnalizarea Notch.
„Semnalizarea notch”, explică dr. Sofie R. Salama, autor al studiului co-senior, este cercetător în domeniul ingineriei biomoleculare la UC Santa Cruz, „era deja cunoscut ca fiind important în dezvoltarea sistemului nervos”
„NOTCH2NL pare să amplifice semnalizarea Notch, ceea ce duce la proliferarea crescută a celulelor stem neuronale și la întârzierea maturării neuronale”, adaugă ea.
„Erori de copiere ADN”
Cu toate acestea, dr. Salama subliniază că genele fac doar parte dintr-un proces mult mai mare care controlează dezvoltarea cortexului uman: ele nu „acționează în vid”.
Au intrat în joc într-un „moment provocator al evoluției umane”. Ea și colegii ei au găsit, de asemenea, interesant faptul că genele sunt asociate cu tulburări de dezvoltare.
Se pare că „erorile de copiere a ADN-ului” apărute la strămoșii noștri care au dat naștere genelor NOTCH2NL sunt de un tip similar cu cele care dau naștere la tulburări neurologice în sindromul de deleție / duplicare 1q21.1.
De obicei, erorile se întâmplă în locațiile de pe cromozomi care au secvențe lungi de ADN care sunt „aproape identice”.
Aceste segmente lungi de ADN, care sunt aproape identice, pot confunda mecanismele de replicare și pot provoca instabilitate în genom, explică prof. Haussler.
Paradoxal, s-ar părea că procesul de duplicare a genelor din regiunea cromozomului 1 care ne-a dat creierul mai mare poate fi, de asemenea, responsabil pentru a ne face vulnerabili la sindromul de deleție / duplicare 1q21.1.
Folosind instrumente de secvențiere, cercetătorii au găsit opt versiuni ale NOTCH2NL la oamenii de astăzi și bănuiesc că mai sunt multe de descoperit.
Fiecare versiune NOTCH2NL variază ușor în secvențierea ADN-ului său, dar în ce sens este încă un mister.
Genele au prezentat diferențe subtile atunci când au fost testate pe celule cultivate în laborator. Cu toate acestea, mai este încă „mult mai mult de lucru” pentru a afla ce înseamnă aceste diferențe, spune dr. Salama.
„Am constatat că toate pot promova semnalizarea Notch”.
Dr. Sofie R. Salama
