Les chercheurs découvrent trois gènes qui ont pu avoir contribué à l'évolution du grand esprit humain

Un ensemble de gènes neuf découvert pourrait aider à expliquer comment les êtres humains ont divergé d'autres singes.

Trois gènes impliqués dans le rétablissement de cellule nerveuse dans le cerveau ont apparu il y a approximativement 3,5 millions d'ans et ont pu avoir contribué à l'évolution rapide du grand esprit humain, le chercheur (HHMI) David Haussler de Howard Hughes Medical Institute et les collègues enregistrent le 31 mai 2018, dans la cellule de tourillon. Que le travail - et un papier d'une équipe de principale recherche publiée dans la même édition - recense les gènes qui aident à établir le néocortex, la couche extérieure ridée du cerveau qui donne à des êtres humains notre capacité de penser, planification, et raison.

Jusqu'ici, les gènes avaient été encore inconnus, masqué par une erreur dans la version publiée du génome humain. Ces gènes, et d'autres seuls aux êtres humains, indices d'offre au sujet de ce qui nous sépare des chimpanzés, indique Haussler, de l'Université de Californie, Santa Cruz (UCSC).

La « compréhension et comment nous sommes différents de l'autre substance a été une recherche scientifique pendant des millénaires, » il dit. « Ces études aident à aborder la question historique de ce qui nous rend humains. »

Histoire antique

Environ 6,5 millions d'ans il y a, êtres humains et chimpanzés a divergé d'un ancêtre courant. Quelques million d'années après ce, la taille d'esprit humain a commencé à se développer. « Si vous regardez des crânes des fossiles de nos ancêtres, vous pouvez voir cette extension, » Haussler dit.

Aujourd'hui, le néocortex humain est environ trois fois plus grand que celui d'un chimpanzé, mais les chercheurs n'ont pas recensé tous les facteurs génétiques responsables de la différence. Depuis des êtres humains et des chimpanzés divisés, le génome humain a subi approximativement 15 millions de modifications - coups secs aux lettres d'ADN qui composent notre livre de directives génétique.

Haussler est bien-versé dans les conditions particulières des gènes des gens. Son équipe faisait partie du projet génome humain, la recherche pluriannuelle de définir toutes les lettres d'ADN qui composent gènes des êtres humains approximativement 20.000. Haussler et collègues postés le projet du génome humain sur l'Internet le 7 juillet 2000. Une version officielle a sorti en 2003, mais c'est toujours un travail en cours, il dit. « Nous maintenons remplir dans de petites lacunes et places expliquantes que nous étions incertains environ. »

Les chercheurs doivent également décider quelles variantes des gènes à comprendre. Les êtres humains tous ont les mêmes modèles fondamentaux, mais des gènes peuvent être permutés, effacés, et venus dans différentes « saveurs. » Le génome officiel est « en grande partie un certain type anonyme de Buffalo, » Haussler dit, mais les scientifiques ont échangé à l'extérieur certains de ses gènes modifiés pour établir une version plus complète du génome.

Ils sont maintenant sur la version 38, et chaque itération neuve peut déterrer les pépites précieuses d'information. Pour l'équipe de Haussler, la version 38 a frappé l'or.

Pièces manquantes

Haussler et ses collègues avaient élevé les structures comme un cerveau embryonnaires dans le laboratoire et la recherche des différences entre ceux a effectué à partir des êtres humains et des singes rhésus. Son équipe essayait d'indiquer exactement les gènes qui étaient en activité seulement en esprits humains se développants. De tels gènes ont pu comprendre une clavette à la taille d'esprit humain - et renseignement humain.

Environ six ans il y a, co-auteur d'étude Frank Jacobs, puis dans le laboratoire de Haussler et maintenant à l'université d'Amsterdam, a découvert un candidat prometteur - un gène NOTCH2NL appelé. C'est un parent de NOTCH2, un gène que les scientifiques ont connu étaient centraux au développement du cerveau précoce, Haussler dit. NOTCH2 règle des décisions indispensables concernant quand et combien de neurones à effectuer.

Quand l'équipe de Haussler a examiné dans la version officielle du génome humain à ce moment-là - la version 37 - NOTCH2NL a semblé être situé en chromosome 1 près d'une région liée à la taille anormale de cerveau. Effacez un gros morceau de la région, et les cerveaux tendent à rétrécir. La partie en double de elle, et les cerveaux tendent à envahir.

« Nous avons pensé, « oh, c'est incroyable, «  » Haussler dit. NOTCH2NL a semblé examiner tous les cadres pour assurer une fonction clé dans le développement d'esprit humain. Mais quand l'équipe a tracé l'emplacement précis de NOTCH2NL dans le génome, ils ont découvert que le gène n'était pas réellement en région chromosomique appropriée après tout ; le candidat une fois-prometteur a semblé être un raté.

« Nous étions découragés, » Haussler dit. Que tous ont changé avec la prochaine version officielle du génome humain - la version 38. Dans cette itération, NOTCH2NL a été situé dans la région essentielle - « et il y avait trois versions de elle ! » il dit. Au cours de trois millions de dernières années, son équipe prévue, NOTCH2NL copie-a été à plusieurs reprises collée dans le génome, ce qu'il appelle « une suite d'accidents génétiques. »

L'analyse génétique de plusieurs substances de primate a indiqué que les trois gènes existent seulement chez l'homme et leurs parents récents, les Neanderthals et Denisovans, pas chez les chimpanzés, les gorilles, ou les orangs-outans. Ce qui est plus, le calage des correspondances de l'émergence de ces gènes avec la période dans le dossier de fossile quand les crânes de nos ancêtres ont commencé à agrandir, Haussler dit. Ensemble, les résultats proposent que les gènes de NOTCH2NL aient joué un rôle en renforçant la taille d'esprit humain.

« J'ai pensé, oh mon Dieu, maintenant elle toute va réellement ensemble, » il dit.

Servocommandes de cerveau

Le biologiste Sofie Salama de cellules d'UCSC a abouti des efforts pour figurer à l'extérieur comment ces gènes pourraient fonctionner - et comment ils pourraient contribuer à la maladie.

Les expériences avec les corrections laboratoire-élevées du tissu cérébral de la souris et des cellules souche embryonnaires humaines ont laissé entendre que les gènes de NOTCH2NL indiquent les cerveaux se développants effectuer plus d'ancêtres de neurone. Ceux-ci sont comme peu d'usines de neurone, Haussler dit. Plus d'ancêtres veulent dire plus de neurones - et des cerveaux éventuel plus grands.

Les gènes de NOTCH2NL donnent vraisemblablement ce message culture des cerveaux par l'intermédiaire de la voie bien étudiée de signalisation d'encoche, de Salama et de ses collègues découverts. Les scientifiques ont déjà su que les cellules comptent sur cette voie pour le fonctionnement neuronal correcte. Avoir trois gènes actifs de NOTCH2NL met en marche la transmission de messages, « ajoutant une poussée supplémentaire à la voie, » Salama dit.

Des écarts dans les numéros de copie de ces gènes ont pu être attachés aux troubles neurologiques autres que la taille anormale de cerveau, les chercheurs trouvés. Une analyse des cellules de six patients d'autisme dans la variation de Simons du projet de personnes a indiqué que chaque patient avait détruit ou les parties gagnées de gènes de NOTCH2NL. Jusqu'ici, les scientifiques n'avaient pas dressé la carte les régions génomique exactes reproduites ou cultivées à l'extérieur.

Le mappage précis était difficile, Salama dit, parce que cet endroit du génome est si répétitif - assembler la séquence correcte de l'ADN est comme l'essai de remonter un puzzle avec les pièces presque identiques.

Mais l'équipe a développé une technologie de ordonnancement pour résoudre le problème, et a indiqué exactement comment les gènes de NOTCH2NL ont été incorrect rassemblés dans les patients présentant l'autisme. Les résultats proposent un lien direct entre le trouble et les gènes remaniés de NOTCH2NL, Salama dit.

Les découvertes de l'équipe de Haussler sont en accord avec ceux de l'université du laboratoire de Bruxelles (ULB) du neurologiste Pierre Vanderhaeghen, dont le papier apparaît à côté de Haussler en cellule. Vanderhaeghen et ses collègues ont conçu une méthode de calcul pour aider à trouver des gènes actifs pendant le développement du cerveau foetal humain. Le premier gène sur la liste était le même un Haussler recensé - NOTCH2NL. « C'est que nous avons pris le même candidat superbe-frais, » Vanderhaeghen très passionnant dit.

Le travail présente l'importance de la duplication de gène comme force dans l'évolution, dit le chercheur de HHMI

Ces gènes et d'autres comme eux stimulent déjà des questions neuves. Dans les êtres humains modernes, par exemple, NOTCH2NL existe dans au moins huit itérations légèrement différentes - variations subtiles de la commande des lettres d'ADN qui composent le gène. Haussler dit qu'il est peu clair quel effet ces différences peuvent avoir. Et l'équipe de Vanderhaeghen a d'autres gènes neurodevelopmental de candidat sur la liste qui comprend NOTCH2NL. « Ce sont les premiers candidats des gènes de humain-détail, » il dit. « Personne ne les a étudiés encore. »

Une plongée en eau profonde dans le génome pourrait être une passerelle à expliquer l'évolution humaine et intelligence, Haussler dit. La « compréhension de la clavette à nos capacités cognitives plus grandes est une opportunité énorme de notre temps. C'est un endroit pour que les jeunes scientifiques soient excités environ. »