Генетики и нейрофизиологи открыли уникальный фрагмент "мусорной ДНК", ускоряющий и стимулирующий рост клеток в мозге человеческого зародыша, пересадка которого в геном мыши привела к увеличению массы ее мозга на 12% по сравнению с аналогичным участком, извлеченным из ДНК шимпанзе, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology.
"То, что нам удалось обнаружить, является лишь небольшой частью генетической подоплеки того, почему наш мозг заметно больше, чем у всех других приматов. Наше исследование очень четко показало, насколько сложными были те изменения, которые пережили наши предки во время эволюции. Скорее всего, открытый нами феномен является лишь маленькой частью этого генетического паззла", — рассказал Грегори Рэй (Gregory Wray) из университета Дьюка в Дареме (США).
Как отмечают Рэй и его коллеги, геномы человека и шимпанзе совпадают на 99%, однако наши нервные системы развиваются совершенно по-разному и страдают от разных проблем в старости. Эти различия мешают ученым использовать приматов для изучения различных болезней и того, как человек приобрел способность членораздельно говорить и мыслить.
За последние годы ученые открыли несколько сотен генов, отвечающих за развитие мозга и отличающиеся по структуре в геномах человека и шимпанзе. Однако им так и не удавалось найти тех участков ДНК, которые отвечали за необычайно крупные, по сравнению с остальным телом, размеры нашего мозга. Поэтому нейрофизиологи и генетики довольно давно подозревают, что причина разительного отличия двух видов кроется не столько в структуре генов, сколько в их в разной активности.
Группа Рэя показала, что размеры и свойства человеческого мозга являются продуктом не только уникальные особенностей в структуре и "считываемости" генов, но и в том, как устроена "мусорная ДНК", не отвечающая за формирование белков.
Сравнивая участки генома, особенно активные в мозге зародыша шимпанзе и человека, авторы статьи выделили около сотни фрагментов "мусорной ДНК", устройство которых особенно изменилось за семь миллионов лет эволюции, отделяющих нас от обезьян. Эти куски генетического кода ученые методично вставляли в ДНК лабораторных мышей, и затем следили за развитием зародышей, пытаясь зафиксировать какие-либо заметные изменения.
Как показал этот кропотливый и крайне длительный эксперимент, только шесть "мусорных" участков проявляли активность после пересадки и вызвали какие-то изменения в развитии мозга. Один из них, получивший имя HARE5, настолько сильно повлиял на развитие мозга мыши, что изменения были видны и для невооруженного глаза.
Он относится к категории так называемых "энхансеров" — коротких последовательностей из нескольких тысяч или сотен генетических "букв"-нуклеотидов, которые соединяются с белками и другими компонентами системы считывания генов и заставляют их активно считывать тот или иной ген. В нашем случае, HARE5 усиливает работу гена FRZ8, который расположен рядом с ним на молекуле ДНК и отвечает за рост клеток будущего мозга.
Как отмечают ученые, человеческая и обезьянья версии HARE5 отличаются всего на 16 "букв", но этого достаточно для того, чтобы мозг зародышей мыши начинал развиваться совершенно по разному. Человеческий HARE5 ускоряет рост нервных клеток и заставляет их делиться быстрее, чем этот же участок из ДНК шимпанзе, в результате чего мозг будущей мыши становится на 12% больше.
Пока ученые не знают, приобретут ли грызуны в результате такой модификации генома "суперинтеллект" — все зародыши были уничтожены после экспериментов. В ближайшее время Рэй и его коллеги планируют вырастить подобную мышь, и проверить, станет ли она "Брейном" из знаменитого мультсериала Стивена Спилберга про разумных лабораторных мышей, одержимых идеей захвата мира.
Источник