Те, що робить наш мозок унікальним і відрізняє нас від приматів, вочевидь міститься в некодуючій ДНК — частині геному, що не кодує білки. Саме тут розташовані фрагменти, визначальні для нашого мозкового розвитку, з’ясували науковці в експерименті зі стовбуровими клітинами людини та шимпанзе. Різниця в довжині певних ділянок некодувальної ДНК впливає на активність нейронних генів.
98% нашого геному не містять інструкцій для утворення білків. Тривалий час цим некодувальним регіонам не приписували жодної функції, їх називали «сміттєвими» генами, але зараз відомо, що вони виконують важливі завдання, зокрема для генної регуляції. Цілком ймовірно, що в процесі еволюції зміни саме в некодувальних фрагментах призвели до людської унікальності.
Докази цього надала команда на чолі з Пією Йоганссон (Pia Johansson) з Лундського університету в Швеції. Науковці порівняли людський геном із геномом шимпанзе — найближчого родича людини.
«Після еволюційного “тренування” людський передній мозок збільшився та ускладнився, в результаті чого в ньому виник новий рівень когнітивних функцій, — написали науковці. — У результаті цих генетичних змін людська генеалогічна лінія зазнала поступу, у порівнянні з шимпанзе, але по суті генетичні зміни, відповідальні за ці еволюційні процеси, залишаються нез’ясованими». Релевантні гени, що кодують білок у людини та шимпанзе, настільки подібні, що не можуть пояснити суттєві когнітивні відмінності належно.
Щоб виявити відмінності, науковці обрали інший підхід: «Замість досліджувати живих людей та шимпанзе, ми обрали вирощені в лабораторії стовбурові клітини, які перепрограмували з клітин шкіри», — пояснив колега Йоганссон Йоган Якобссон (Johan Jakobsson). Вирощені зі стовбурових клітин людей і шимпанзе мозкові клітини потім порівняти одні з одними.
Учені з’ясували, що люди та шимпанзе інакше послуговуються частиною свого ДНК, що важлива для розвитку мозку. «Ця частина ДНК, в якій ми помітили розбіжності, стала несподіванкою, — сказав Якобссон. — Ідеться про так званий структурний варіант ДНК, який раніше називали “сміттєвою ДНК”: довга, самоповторювана нитка геному, якій тривалий час не приписували жодних функцій».
Шукаючи відмінності, раніше вчені були схильні відкидати ці ділянки та зосереджуватися на генах, що кодують білок, а вони становлять близько 2% нашого загального ДНК. «Наші результати свідчать про те, що за різницю в мозковому розвитку відповідають проігноровані раніше 98%, — пояснив Якобссон. — Тобто підставу для еволюції людського мозку становлять генетичні механізми, що значно складніші, ніж вважали досі».
Вочевидь некодувальні регіони залучені до регуляції певних генів, важливих для мозкового розвитку. Регіони, які ідентифікували Йоганссон та її колеги в «некодувальній ДНК» у шимпанзе, суттєво довші, ніж у людини. Ця довша версія вимикає у приматів ген, котрий називається ZNF558 й у людей залишається активним, відіграючи важливу роль для мозкового розвитку. Якщо науковці пригнічували цей ген у вирощених в лабораторії людських стовбурових клітинах, то ті розвивалися подібно до стовбурових клітин шимпанзе.
На думку науковців, отримані результати надають перші важливі свідчення про те, які генетичні чинники нас роблять «людьми» і відрізняють від родичів-приматів. Нові свідчення про некодувальну ДНК могли б також пояснити, чому деякі генетичні психічні розлади та хвороби виникають тільки у людей.
«Попереду ще довгий шлях, адже замість досліджувати 2% кодувальної ДНК, ми мусимо зайнятися всіма 100%, — а це значно складніше завдання для учених», — cказав Якобссон.
Elena Bernard
„Junk－DNA“ macht unser Gehirn typisch menschlich
Lund Universität, 13/10/2021, doi: 10.1016/j.stem.2021.09.008
Зображення: Kagenmi/ Getty images
Зреферувала С. К.
15.10.2021