Найден уникальный ген, отличающий человека от обезьян

Генетики нашли в человеческой ДНК уникальный ген NOTCH2NL, отвечающий за необыкновенно большие размеры нашего мозга и уникальную структуру коры больших полушарий. Его описание было опубликовано в двух статьях в журнале Cell.

"Две главных черты человека – большие размеры мозга и замедленное развитие нервной системы внутри утробы матери. Теперь нам удалось раскрыть молекулярные механизмы развития и той, и другой особенности Homo sapiens, которые, как оказалось, включаются на самых ранних стадиях развития мозга", — заявил Дэвид Хаусслер (David Haussler) из университета Калифорнии в Санта-Крузе (США).

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. Многие нейрофизиологи и генетики подозревают, что причина разительного отличия двух видов кроется не столько в структуре генов, сколько в различиях в их активности в разных частях мозга.

Хаусслер и его коллеги смогли найти этот, как они выражаются, "Святой Грааль эволюции мозга человека", изучая структуру разных генов на первой хромосоме человека, удаление которых очень часто приводит к развитию микроцефалии, а удвоение или повреждение –  макроцефалии или тяжелых форм аутизма.

В этом участке генетического  кода, как объясняют ученые, находится набор генов из семейства NOTCH2, отвечающих за развитие "заготовок" нейронов и формирование будущих тканей мозга в зародыше млекопитающих. Их структура почти не отличается  в ДНК всех приматов и они, как недавно показали ученые из России, работают одинаковым образом при развитии зародыша.

Наблюдая за активностью этих участков ДНК в культурах стволовых клеток, Хаусслер и его коллеги заметили одну простую вещь, которую почему-то упустили все остальные научные коллективы. Оказалось, что в человеческих клетках работает "лишний" ген, который отсутствует или не работает в заготовках нейронов шимпанзе, горилл и других приматов.

Изучив его структуру, ученые пришли к выводу, что ген NOTCH2NL появился в ДНК наших предков примерно 3-4 миллиона лет назад в результате серии "удачных" ошибок при копировании первой хромосомы. Первая ошибка привела к тому, что один из генов семейства NOTCH2 был частично скопирован и встроен в ДНК первых Homo. Это превратило его в "мусорный" псевдоген, не игравший никакой роли в работе организма.

Вторая ошибка "починила" его поврежденные части, в результате чего в геноме протолюдей появился новый участок ДНК, радикально поменявший программу развития нервной системы, который был затем еще несколько раз скопирован в ходе последующей эволюции наших предков. Как показали опыты ученых на стволовых клетках, удаление NOTCH2NL приводит к тому, что заготовки нервных клеток начинают быстрее "взрослеть" и реже делиться.

"Одна стволовая клетка, участвующая в росте мозга, может дать жизнь двум нейронам или еще одной заготовке и одной нервной клетке. NOTCH2NL заставляет их выбирать второй вариант, что позволило нашему мозгу вырасти в объеме. Как часто происходит в истории эволюции, небольшое изменение в работе стволовых клеток привело к очень большим последствиям", — заключают ученые.