мозг мышей

За 6 миллионов лет, прошедших с момента разделения ветвей человека и шимпанзе, человеческий мозг увеличился в три раза. Но о причинах взрывного эволюционного роста ученые все еще спорят. Оказывается, ответ может скрываться в крошечных участках ДНК, которые почти не изменились у млекопитающих за миллионы лет, но у людей мутировали с невероятной скоростью. Функции «ускоренных зон» генома, известных как HARs, долго оставались загадкой, однако новое исследование проливает свет на их роль.

Участок HARE5, обнаруженный 10 лет назад учеными у людей работает как усилитель гена FZD8, критически важного для развития нервных клеток. Чтобы проверить его влияние на мозг, команда заменила мышиную версию HARE5 на человеческую. В результате мозг модифицированных мышей вырос на 6.5%. Ключевой механизм связан с повышенным делением клеток радиальной глии — стволовых клеток, которые производят нейроны.

Но размер — не главное. Увеличение мозга создаёт и проблемы: клеткам нужно больше энергии, более эффективно удалять отходы и избегать ошибок при делении. Здесь, возможно, и кроется секрет HARs. Эти регуляторы не просто «включают» рост — они помогают клеткам справляться со стрессом, вызванным их же активностью.

Пока неясно, стали ли мыши с человеческим HARE5 умнее. Однако эксперимент дает новые подробности эволюции человека, показывая, что достаточно перенастроить старые гены, не создавая новые.

Высшая эволюционная кора головного мозга — неокортекс, у человека в три раза больше, чем у шимпанзе. Теперь эксперимент показывает: даже крошечный фрагмент нашей ДНК способен запустить процессы, которые миллионы лет формировали наш мозг. Учёные предполагают, что подобные регуляторы могли стать «топливом» для резкого увеличения мозга у предков человека, которые и отделили нас от других приматов.

Оказалось, что человеческий HARE5 отличается от своего аналога у шимпанзе всего на 4 генетические буквы. Чтобы понять, как этим мутации в HARE5 влияет на развитие мозга человека и шимпанзе, исследователи вырастили клеточные 3D-модели нервной ткани — органоиды. В «человеческих» органоидах нейральные стволовые клетки размножалась активнее, чем в версиях с ДНК шимпанзе. Оказалось, что HARE5 усиливает сигнальный путь, который задает темп роста стволовым клеткам.

Ген HARE5 — лишь один из инструментов в генетическом ансамбле. Ученые обращают внимание, что в геноме человека есть и другие 3000 генов HAR, каждый из которых вносит свой вклад в развитие нервной системы. Сейчас команда Сильвер разрабатывает методы, чтобы понять, как эти участки взаимодействуют друг с другом. Возможно, их комбинации объясняют не только размер мозга, но и его уникальные функции — от речи до абстрактного мышления.