Udforsk de unikke gener bag vores store hjerner
En gruppe gener, der kun findes hos mennesker og opstod i vores forfædre for 3-4 millioner år siden, har muligvis drevet udviklingen af vores større hjerner.
Denne åbenbaring - og det arbejde, der førte til den - er genstand for to undersøgelser, der nu er rapporteret i tidsskriftet Celle.
Den ene undersøgelse blev ledet af University of California (UC) Santa Cruz, og den anden blev ledet af Université Libre de Bruxelles i Belgien.
Resultaterne sætter et hul i vores viden om de ændringer, der kørte udviklingen i vores større hjerner og gav os evnen til at tænke og løse problemer.
Genene - navngivet NOTCH2NL - tilhører en meget gammel familie kaldet Notch, der først blev identificeret i frugtfluer; de fik deres navn, fordi de var knyttet til genetiske fejl, der fik fluerne til at have hakket vinger.
Hvordan NOTCH2NL øger neuronantal
Hakgener går "hundreder af millioner af år" tilbage og "spiller vigtige roller i den embryonale udvikling", siger David Haussler, der er professor i biomolekylær teknik ved UC Santa Cruz og medforfatter af det første studieoplæg.
"At finde ud af," fortsætter han, "at mennesker har et nyt medlem af denne familie, der er involveret i hjerneudvikling, er ekstremt spændende."
Forskerne fandt ud af, at de kun humane NOTCH2NL-gener ser ud til at have en nøglerolle i udviklingen af den menneskelige cortex, sæde for avancerede kognitive evner såsom ræsonnement og sprog.
Genene udtrykkes stærkt i hjernebarkens neurale stamceller og forsinker deres modning i specifikke celletyper.
Denne forsinkelse resulterer i akkumulering af en større pulje af stamceller, hvilket igen fører til, at der produceres flere neuroner i løbet af hjernens udvikling.
Gener øger signalering under udvikling
NOTCH2NL-gener er placeret på et område af det menneskelige genom - ”den lange arm af kromosom 1” - der har været forbundet med flere neuroudviklingsforstyrrelser såsom autisme, mikrocefali, makrocephali og skizofreni.
Nogle af lidelserne er knyttet til duplikering af store sektioner af DNA, og nogle er knyttet til sletninger. De er kendt under deres kollektive navn "1q21.1 sletning / duplikationssyndromer."
Proteinerne kodet af Notch-genfamilien beskæftiger sig med signalering inde i celler og også mellem celler.
Mange af disse signaler dirigerer stamcellers skæbne - for eksempel om de skal differentieres til hjerneceller eller hjerteceller - i mange dele af kroppen.
Forskerne fandt ud af, at NOTCH2NL-generne koder for proteiner, der “forbedrer” Notch-signalering.
"Hakssignalering," forklarer forfatter af medstuderende Dr. Sofie R. Salama, der er forsker inden for biomolekylær teknik ved UC Santa Cruz, "var allerede kendt for at være vigtig i udviklingen af nervesystemet."
"NOTCH2NL ser ud til at forstærke Notch-signalering, hvilket fører til øget spredning af neurale stamceller og forsinket neurologisk modning," tilføjer hun.
'DNA-kopieringsfejl'
Dr. Salama påpeger imidlertid, at generne kun er en del af en meget større proces, der styrer udviklingen af den menneskelige cortex: de ”handler ikke i et vakuum”.
De kom til spil på en "provokerende tid i menneskelig udvikling." Hun og hendes kolleger fandt det også interessant, at generne er forbundet med udviklingsforstyrrelser.
Det ser ud til, at de "DNA-kopieringsfejl", der opstod i vores forfædre, der gav anledning til NOTCH2NL-generne, er af samme type som dem, der giver anledning til neurologiske lidelser i 1q21.1-deletions- / duplikationssyndrom.
Fejlene sker typisk steder på kromosomer, der har lange DNA-sekvenser, der er "næsten identiske."
"Disse lange DNA-segmenter, der er næsten identiske, kan forvirre replikationsmaskineriet og forårsage ustabilitet i genomet," forklarer prof. Haussler.
Paradoksalt nok ser det ud til, at gendupliseringsprocessen i kromosom 1-regionen, der gav os vores større hjerner, også kan være ansvarlig for at gøre os sårbare over for 1q21.1-sletning / duplikationssyndrom.
Ved hjælp af sekventeringsværktøjer fandt forskerne otte versioner af NOTCH2NL hos nutidens mennesker, og de har mistanke om, at der er mere at opdage.
Hver NOTCH2NL-version varierer lidt i rækkefølgen af dens DNA, men hvilken effekt er der stadig et mysterium.
Genene viste subtile forskelle, når de blev testet i laboratoriedyrede celler. Der er dog stadig "meget mere arbejde at gøre" for at finde ud af, hvad disse forskelle betyder, siger Dr. Salama.
"Vi har fundet ud af, at de alle kan fremme Notch-signalering."
Dr. Sofie R. Salama
