Ludzkie wielkości mózgu wyzwala genu większy mózg płodu u małp

Ekspansja ludzkiego mózgu podczas ewolucji, w szczególności z kory mózgowej, jest powiązana z naszych zdolności poznawczych, takich jak rozumowanie i język. Pewna gen nazywa ARHGAP11B, który znajduje się tylko w komórkach pnia mózgu u ludzi wyzwalaczy stanowić więcej komórek macierzystych, warunek wstępny dla większych mózgu. Wcześniejsze badania wykazały, że ARHGAP11B, gdy wyraża się w myszy i fretek do niefizjologicznie wysokim poziomie, powoduje rozszerzoną korze mózgowej, ale jej znaczenie dla ewolucji naczelnych była niejasna. Naukowcy z Instytutu Maxa Plancka Molekularnej Biologii Komórki i Genetyki (MPI-CBG) w Dreźnie, wraz z kolegami z Centralnego Instytutu Eksperymentalnej zwierząt (CIEA) w Kawasaki i Uniwersytetu Keio w Tokio, zarówno znajduje się w Japonii, teraz pokazać, że ta ludzki specyficzny gen, gdy wyrażone na poziomie fizjologicznym, powoduje powiększenie korze mózgowej na wspólnym marmozet małpy Nowy światowej. To sugeruje, że gen ARHGAP11B mogło spowodować ekspansję kory mózgowej w trakcie ewolucji człowieka. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie Science.

Ludzka kora nowa, ewolucyjnie najmłodsza część kory mózgowej, jest około trzy razy większy niż naszych najbliższych krewnych, szympansów, a jego składanie do zmarszczek wzrosła podczas ewolucji aby zmieścić wewnątrz ograniczonej przestrzeni czaszki. Kluczową kwestią dla naukowców jest jak kora nowa ludzka stała się tak duża. W 2015 roku badania, grupa badawcza z Wieland HUTTNER, dyrektorem założycielskim MPI-CBG, okazało się, że pod wpływem genu ARHGAP11B ludzkiego specyficzne, zarodki myszy spowodowała wiele bardziej nerwowych komórek progenitorowych i mogą nawet ulegają składanie swoich normalnie rozłożeniu kora nowa. Wyniki sugerują, że ARHGAP11B gen odgrywa kluczową rolę w ewolucyjnej ekspansji ludzkiej kory mózgowej.

Wzrost ludzkiego genu specyficznego

Ludzki gen specyficzny ARHGAP11B powstał poprzez częściowe powielanie wszechobecnego genów ARHGAP11A około pięciu milionów lat temu wzdłuż ewolucyjnej linii prowadzącej do neandertalczyków, denisowianach i współczesnych ludzi, a nie po tej linii oddzielone od prowadzącej do szympansa. W badaniu obserwacyjnym w 2016 roku grupa badawcza z Wieland HUTTNER odkryli zaskakujący powód dlaczego białko ARHGAP11B zawiera sekwencję 47 aminokwasów, który jest ludzki specyficzny, nie stwierdzono w białku ARHGAP11A i istotne dla zdolności ARHGAP11B do zwiększenia komórki macierzyste mózgu. W szczególności, pojedyncza C do G substytucyjnej się w przewodach genów ARHGAP11B do utraty 55 nukleotydów z ARHGAP11B RNA, co powoduje przesunięcie ramki odczytu w wyniku ludzkiego specyficznych funkcjonalnie krytycznej 47 sekwencja aminokwasowa , To podstawienie baza prawdopodobnie się znacznie później, niż gdy gen ten powstał około 5 milionów lat temu, w dowolnym czasie między 1,5 mln a 500.000 lat temu. Takie mutacje punktowe nie są rzadkie, ale w przypadku ARHGAP11B jego zalety tworząc większy mózg wydaje się mieć natychmiast wpłynęło na ewolucję człowieka.

Wpływ genu w małp

Jednak nie było jasne dopiero teraz, gdy ludzki gen ARHGAP11B specyficzne również powodować powiększenie korze mózgowej w innych naczelnych. Aby to zbadać, naukowcy w grupie Wieland HUTTNER współpracę z Erika Sasaki w Centralnym Instytucie celów doświadczalnych zwierząt (CIEA) w Kawasaki i Hideyuki Okano na Uniwersytecie Keio w Tokio, oba znajdują się w Japonii, który był pionierem w rozwoju technologii w celu wytworzenia transgenicznych ssaków naczelnych. Pierwszy autor badania, postdoc Michael Heide, wyjazd do Japonii do pracy z kolegami bezpośrednio na miejscu. Są one generowane transgenicznych wspólne marmozety, małpy Nowego Świata, który wyrażał gen ARHGAP11B ludzkie specyficzne, które normalnie nie mają, w rozwijającej się kory mózgowej. Japonia ma podobnie wysokie standardy etyczne i wykonawczych dotyczących badań i dobrostanu zwierząt, jak Niemcy nie. Mózgi 101-dniowych płodów Marmozeta (50 dni przed normalnym terminem urodzenia) uzyskano w Japonii i wywożone do MPI-CBG w Dreźnie do szczegółowej analizy. Michael Heide wyjaśnia: „Okazało się, że rzeczywiście kora nowa wspólnego Pazurczatka mózgu został rozbudowany i złożony powierzchni mózgu Jego korowej płyta była również grubsze niż normalne Ponadto, możemy zobaczyć wzrost liczby podstawnych promieniowych prekursorów glejowych w zewnętrznej strefie okołokomorowej.. oraz zwiększenie liczby neuronów w warstwie górnej, typ neuron że wzrosty naczelnych ewolucji.” Naukowcy mieli teraz funkcjonalne dowody ARHGAP11B powoduje ekspansję naczelnych kory mózgowej.

etyczny rozpatrzenie

Wieland Huttner, który prowadził badania, dodaje: „Jesteśmy ogranicza nasze analizy do płodów Pazurczatka, ponieważ przewiduje się, że ekspresja tego genu ludzkiego specyficzne wpłynęłoby na rozwój kory mózgowej w marmozet W świetle potencjalnych nieprzewidywalnymi konsekwencjami w odniesieniu do noworodka. funkcja mózgu, możemy uznać, że jest to warunek, i obowiązkowo z etycznego punktu widzenia, aby najpierw określić skutki ARHGAP11B na rozwój płodu Pazurczatka kory mózgowej.”

Naukowcy podsumowują, że wyniki te sugerują, że ludzki specyficzny gen ARHGAP11B mogło spowodować ekspansję kory mózgowej w trakcie ewolucji człowieka.

źródło Max-Planck-Gesellschaft. "Human brain size gene triggers bigger brain in monkey fetus." ScienceDaily. ScienceDaily, 18 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200618150301.htm>.