Более 3000 участков генома человека сильно отличаются у людей от других млекопитающих, включая наших ближайших родственников приматов. В исследовании, опубликованном 2 сентября в журнале Neuron, есть доказательства, подтверждающие, что почти половина этих так называемых ускоренных областей человека (HAR) сыграли важную роль в переписывании хода развития человеческого мозга, предлагая важную информацию о генетических процессах. основа эволюции человека.
«Вероятно, один из самых интересных вопросов нейробиологии:« Что делает нас людьми? »- говорит Кристофер Уолш из Гарвардского университета и Центра исследований эволюции человеческого мозга им. Аллена. «В частности, что такого особенного в человеческом мозге, что отличает его от мозга других близкородственных видов? Рассмотрение ускоренных областей человека предоставило нам очень целенаправленный способ исследовать этот вопрос с генетической точки зрения».
Чтобы систематически определить, какие из 3171 ранее идентифицированных HAR с наибольшей вероятностью будут способствовать недавней эволюции коры головного мозга человека, исследователи изучили роль этих регионов в регуляции генов в исследованиях различных типов клеток и тканей человека и мыши .
«Приступая к этому исследованию, мы знали, что многие HAR могут функционировать как регуляторы экспрессии генов в головном мозге, но мы очень мало знали о том, в каких типах клеток мозга они работают, где и в какое время в течение жизни человека, "объясняет Эллен ДеДженнаро, один из первых авторов исследования в лаборатории Уолша. «Наша цель состояла в том, чтобы заполнить эти пробелы в знаниях о том, какие HAR играют важную роль в мозге и как, чтобы мы и другие исследователи могли взять самые важные« мозговые HAR »и провести более глубокие тесты их эволюционной функции».
Чтобы преодолеть ограничения более ранних методов, Уолш и его коллеги разработали прикладной подход под названием CaptureMPRA. В новом методе используются зонды молекулярной инверсии со штрих-кодом для захвата целевых последовательностей, которые захватывают целые элементы HAR и окружающую их ДНК, преодолевая некоторые ограничения предшествующих методов. Используя этот подход, они искали важные различия в функции энхансера HAR между людьми и шимпанзе.
Они также объединили эти данные с эпигенетическими данными в HAR в нервных клетках человеческого плода, чтобы идентифицировать HAR, которые, по всей видимости, играют важную роль в управлении развитием мозга человека. Некоторая активность, которую они обнаружили, была специфична для мозга по сравнению с другими органами тела. Они также обнаружили активность, которая была даже более специфичной для определенных типов клеток в мозге плода, в отличие от мозга взрослых.
В целом, новые данные показывают, что многие HAR действительно действуют как усилители развития нервной системы, сообщают исследователи. Новые данные показывают, что по мере того, как эти человеческие последовательности отличались от других млекопитающих, они в значительной степени усилили свою роль в качестве нейрональных энхансеров.
Исследователи также показывают, что один, в частности, регулируемый HAR ген, называемый PPP1R17 , претерпел быстрые изменения как в типах клеток, так и в паттернах экспрессии между неприматами и приматами, а также между нечеловеческими приматами и людьми. Далее они показали, что PPP1R17 замедляет продвижение нервных клеток-предшественников по клеточному циклу. Это примечательно, учитывая, что удлинение клеточного цикла у нечеловеческих приматов и людей, как известно, вызывает замедление неврологического развития, что является важной особенностью человеческого мозга.
Новые данные определяют многие HAR, которые играют ключевую роль в программах регуляции нейронных генов; По словам исследователей, почти половина всех HAR демонстрирует воспроизводимую доступность хроматина и энхансерную активность в нервных клетках и тканях. Они также разработали легко доступный для поиска онлайн-ресурс (HARHub), состоящий из новых данных и ранее опубликованных наборов данных об общих и редких вариациях последовательностей HAR человека. Этот банк данных теперь служит источником для ученых, которые делают еще больше открытий. Уже сейчас он предлагает интересные идеи.
«Наша работа представляет собой важный шаг вперед в изучении сразу многих областей генома, чтобы помочь нам собрать воедино очень сложную, но убедительную картину эволюции человеческого мозга» , - говорит Уолш. «Наши данные предполагают, что эволюция человеческого мозга включала изменения в десятках или, возможно, даже сотнях участков генома, а не только в одном ключевом гене».
