Εξερευνώντας τα μοναδικά γονίδια πίσω από τους μεγάλους εγκεφάλους μας
Μια ομάδα γονιδίων που βρίσκεται μόνο στους ανθρώπους και εμφανίστηκε στους προγόνους μας πριν από 3-4 εκατομμύρια χρόνια μπορεί να οδήγησε στην εξέλιξη των μεγαλύτερων εγκεφάλων μας.
Αυτή η αποκάλυψη - και το έργο που οδήγησε σε αυτήν - είναι το αντικείμενο δύο μελετών που αναφέρονται τώρα στο περιοδικό Κύτταρο.
Η μία μελέτη διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας (UC) Santa Cruz και η άλλη με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο Libre de Bruxelles στο Βέλγιο.
Τα ευρήματα συμπληρώνουν ένα κενό στη γνώση μας σχετικά με τις αλλαγές που οδήγησαν στην εξέλιξη των μεγαλύτερων εγκεφάλων μας και μας έδωσαν τη δυνατότητα να σκεφτόμαστε και να επιλύουμε προβλήματα.
Τα γονίδια - με το όνομα NOTCH2NL - ανήκουν σε μια πολύ παλιά οικογένεια που ονομάζεται Notch και εντοπίστηκε για πρώτη φορά σε μύγες φρούτων. πήραν το όνομά τους επειδή συνδέονταν με γενετικά σφάλματα που προκάλεσαν τις μύγες να έχουν φτερά.
Πώς το NOTCH2NL αυξάνει τους αριθμούς νευρώνων
Τα γονίδια Notch επιστρέφουν «εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια» και «διαδραματίζουν σημαντικούς ρόλους στην εμβρυϊκή ανάπτυξη», λέει ο David Haussler, ο οποίος είναι καθηγητής της βιομοριακής μηχανικής στο UC Santa Cruz και συν-ανώτερος συγγραφέας της πρώτης μελέτης.
«Για να βρει», συνεχίζει, «ότι οι άνθρωποι έχουν ένα νέο μέλος αυτής της οικογένειας που εμπλέκεται στην ανάπτυξη του εγκεφάλου είναι εξαιρετικά συναρπαστικό».
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα γονίδια NOTCH2NL μόνο για τον άνθρωπο φαίνεται να έχουν βασικό ρόλο στην ανάπτυξη του ανθρώπινου φλοιού, την έδρα των προηγμένων γνωστικών ικανοτήτων όπως η λογική και η γλώσσα.
Τα γονίδια εκφράζονται έντονα στα νευρικά βλαστικά κύτταρα του φλοιού και καθυστερούν την ωρίμανσή τους σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων.
Αυτή η καθυστέρηση έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση μιας μεγαλύτερης δεξαμενής βλαστικών κυττάρων, η οποία, με τη σειρά της, οδηγεί στην παραγωγή περισσότερων νευρώνων κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του εγκεφάλου.
Τα γονίδια ενισχύουν τη σηματοδότηση κατά την ανάπτυξη
Τα γονίδια NOTCH2NL βρίσκονται σε μια περιοχή του ανθρώπινου γονιδιώματος - «ο μακρύς βραχίονας του χρωμοσώματος 1» - που έχει συνδεθεί με διάφορες νευροαναπτυξιακές διαταραχές όπως ο αυτισμός, η μικροκεφαλία, η μακροκεφαλία και η σχιζοφρένεια.
Μερικές από τις διαταραχές συνδέονται με την επανάληψη μεγάλων τμημάτων του DNA και μερικές συνδέονται με διαγραφές. Είναι γνωστοί με το συλλογικό τους όνομα «σύνδρομα διαγραφής / αντιγραφής 1q21.1».
Οι πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από την οικογένεια γονιδίων Notch ασχολούνται με τη σηματοδότηση εντός των κυττάρων και επίσης μεταξύ των κυττάρων.
Πολλά από αυτά τα σήματα κατευθύνουν τη μοίρα των βλαστικών κυττάρων - για παράδειγμα, εάν θα διαφοροποιηθούν σε εγκεφαλικά κύτταρα ή καρδιακά κύτταρα - σε πολλά μέρη του σώματος.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα γονίδια NOTCH2NL κωδικοποιούν πρωτεΐνες που «ενισχύουν» τη σηματοδότηση Notch.
«Notch σηματοδότηση», εξηγεί ο συν-ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Dr. Sofie R. Salama, ο οποίος είναι ερευνητής επιστήμονας στη βιομοριακή μηχανική στο UC Santa Cruz, «ήταν ήδη γνωστό ότι ήταν σημαντικό στο αναπτυσσόμενο νευρικό σύστημα».
«Το NOTCH2NL φαίνεται να ενισχύει τη σηματοδότηση του Notch, η οποία οδηγεί σε αυξημένο πολλαπλασιασμό νευρικών βλαστικών κυττάρων και καθυστερημένη νευρική ωρίμανση», προσθέτει.
«Σφάλματα αντιγραφής DNA»
Ωστόσο, ο Δρ Salama επισημαίνει ότι τα γονίδια αποτελούν μέρος μιας πολύ μεγαλύτερης διαδικασίας που ελέγχει την ανάπτυξη του ανθρώπινου φλοιού: δεν «δρουν υπό κενό».
Μπήκαν στο παιχνίδι σε μια «προκλητική εποχή στην ανθρώπινη εξέλιξη». Αυτή και οι συνάδελφοί της θεώρησαν επίσης ενδιαφέρον ότι τα γονίδια σχετίζονται με αναπτυξιακές διαταραχές.
Φαίνεται ότι τα «σφάλματα αντιγραφής DNA» που εμφανίστηκαν στους προγόνους μας που προκάλεσαν τα γονίδια NOTCH2NL είναι παρόμοιου τύπου με εκείνα που προκαλούν νευρολογικές διαταραχές στο σύνδρομο διαγραφής / επανάληψης 1q21.1.
Συνήθως, τα σφάλματα συμβαίνουν σε τοποθεσίες σε χρωμοσώματα που έχουν μακρές αλληλουχίες DNA που είναι "σχεδόν πανομοιότυπες".
«Αυτά τα μεγάλα τμήματα DNA που είναι σχεδόν πανομοιότυπα μπορούν να προκαλέσουν σύγχυση στον μηχανισμό αναπαραγωγής και να προκαλέσουν αστάθεια στο γονιδίωμα», εξηγεί ο καθηγητής Haussler.
Παραδόξως, φαίνεται ότι η διαδικασία αναπαραγωγής γονιδίων στην περιοχή του χρωμοσώματος 1 που μας έδωσε τους μεγαλύτερους εγκεφάλους μας μπορεί επίσης να είναι υπεύθυνη για να μας κάνει ευάλωτο σε σύνδρομο διαγραφής / αντιγραφής 1q21.1.
Χρησιμοποιώντας εργαλεία προσδιορισμού αλληλουχίας, οι ερευνητές βρήκαν οκτώ εκδόσεις του NOTCH2NL στους σημερινούς ανθρώπους και υποψιάζονται ότι υπάρχουν πολλά να ανακαλυφθούν.
Κάθε έκδοση NOTCH2NL διαφέρει ελαφρώς στην αλληλουχία του DNA της, αλλά σε ποιο αποτέλεσμα εξακολουθεί να είναι μυστήριο.
Τα γονίδια παρουσίασαν λεπτές διαφορές όταν δοκιμάστηκαν σε εργαστηριακά κύτταρα. Ωστόσο, υπάρχει ακόμη «πολύ περισσότερη δουλειά» για να μάθετε τι σημαίνουν αυτές οι διαφορές, λέει ο Δρ Σαλαμά.
"Διαπιστώσαμε ότι όλοι μπορούν να προωθήσουν τη σηματοδότηση Notch."
Δρ. Sofie R. Salama
