Ученые определили генетические отличия человека от других млекопитающих

Американские биологи выяснили, что в зонах ускоренного развития — участках человеческого генома, значительно отличающихся от аналогичных сегментов в геноме других млекопитающих — сосредоточены в основном гены, определяющие эволюционное развитие мозга. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuron.

В геноме человека есть более трех тысяч участков, которые сильно отличают людей от других млекопитающих, включая приматов. Генетики называют их зонами ускоренного развития у человека, или HAR (Human accelerated regions).

Исследователи из Гарвардского университета вместе с коллегами из других университетов и институтов США провели системный анализ всех 3171 ранее идентифицированных участков HAR и изучили роль этих регионов в регуляции генов в клетках и тканях различных типов у человека и мыши. Результаты показали, что больше половины из них сыграли важную роль в ускоренной эволюции мозга человека.

"Что делает нас людьми? Вероятно, это один из самых интересных вопросов нейробиологии, — приводятся в пресс-релизе издательства слова руководителя исследования Кристофера Уолша (Christopher Walsh) из Гарвардского университета и Центра исследований эволюции человеческого мозга Аллена Гарвардской медицинской школы. — В частности, что отличает человеческий мозг от мозга других близкородственных видов? Рассмотрение зон ускоренного развития у человека предоставило нам целенаправленный способ изучить этот вопрос с генетической точки зрения".

Ранее было известно, что многие HAR функционируют как регуляторы экспрессии генов в головном мозге, но ученые очень мало знали о том, в каких типах клеток мозга они работают, и в какое время в течение жизни человека включаются.

"Наша цель состояла в том, чтобы заполнить пробелы в знаниях о том, какие HAR играют ключевую роль в мозге, и какую именно, взять самые важные "мозговые" HAR и провести более глубокие тесты их эволюционной функции", — объясняет еще один автор исследования Эллен ДеДженнаро (Ellen DeGennaro), сотрудница отделения генетики и геномики Гарвардской медицинской школы.

Чтобы справиться с этой задачей, Уолш и его коллеги разработали новый прикладной подход под названием CaptureMPRA, основанный на захвате с помощью зонда молекулярной инверсии целевых последовательностей HAR и окружающей их ДНК.

После этого они выявили важные различия в функциях аналогичных участков генома между людьми и шимпанзе. Объединив полученные результаты с эпигенетическими данными по HAR в нервных клетках человеческого плода, авторы идентифицировали HAR, которые играют важную роль в управлении развитием мозга человека.

Оказалось, что многие HAR действительно действуют как усилители развития нервной системы, а полученные данные свидетельствуют о том, что по мере того, как эти человеческие последовательности расходились с последовательностями других млекопитающих, их роль в качестве нейрональных энхансеров возрастала.

"Наша работа представляет собой важный шаг вперед в изучении сразу многих участков генома. Это помогает нам собрать воедино очень сложную, но убедительную картину эволюции человеческого мозга", — говорит Уолш.

Результаты исследования показывают, что эволюция человеческого мозга включала изменения в десятках и даже сотнях участков генома, а не только в каком-то одном ключевом гене.