I ricercatori scoprono tre geni che possono contribuire ad evoluzione di grande cervello umano

Un insieme dei geni recentemente scoperto potrebbe contribuire a spiegare come gli esseri umani hanno diverso da altre scimmie.

Tre geni in questione nella generazione delle cellule nervose nel cervello sono emerso approssimativamente 3,5 milione anni fa e possono contribuire all'evoluzione rapida di grande cervello umano, il ricercatore (HHMI) David Haussler di Howard Hughes Medical Institute ed i colleghi riferiscono il 31 maggio 2018, nella cella del giornale. Che il lavoro - e un documento da un gruppo di ricerca indipendente ha pubblicato nella stessa emissione - identifica i geni che contribuiscono a costruire il neocortex, il livello esterno rugoso del cervello che dà ad esseri umani la nostra capacità di pensare, pianificazione e la ragione.

Finora, i geni erano stati inesplorati, mascherato da un errore nella versione pubblicata del genoma umano. Questi geni ed altri unici agli esseri umani, bugne di offerta circa che cosa ci separano dagli scimpanzè, dice Haussler, dell'università di California, Santa Cruz (UCSC).

“Capirsi e come siamo differenti da altre specie è stata una ricerca scientifica per i millenni,„ dice. “Questi studi contribuiscono a rivolgere la domanda antichissima di che cosa ci rende umani.„

Storia antica

Circa 6,5 milione anni fa, gli esseri umani e gli scimpanzè ha diverso da un antenato comune. Alcuni milione anni dopo il quel, la dimensione del cervello umano ha cominciato a svilupparsi. “Se esaminate i crani dai fossili dei nostri antenati, potete vedere questa espansione,„ Haussler dice.

Oggi, il neocortex umano è circa tre volte più grande di quello di uno scimpanzé, ma i ricercatori non hanno identificato tutti i fattori genetici responsabili della differenza. Dagli esseri umani e dagli scimpanzé spaccati, il genoma umano ha subito approssimativamente 15 milione cambiamenti - ritocchi alle lettere del DNA che compongono il nostro libro di istruzione genetico.

Haussler è ben versato nei particolari dei geni della gente. Il suo gruppo fa parte del progetto Genoma Umano, la ricerca pluriannuale spiegare tutte lettere del DNA che compongono geni degli esseri umani i approssimativamente 20.000. Haussler ed i colleghi hanno inviato il primo schizzo del genoma umano su Internet il 7 luglio 2000. Una versione ufficiale è uscito nel 2003, ma è ancora un lavoro in corso, dice. “Continuiamo riempire nelle piccole lacune e nei posti di chiarificazione che eravamo incerti circa.„

I ricercatori anche devono decidere quali varianti dei geni da includere. Gli esseri umani tutti hanno le stesse cianografie di base, ma i geni possono essere riorganizzati, cancellati ed essere venuti “nei sapori differenti.„ Il genoma ufficiale è “principalmente un certo tipo anonimo dalla Buffalo,„ Haussler dice, ma gli scienziati operazione swap fuori alcuni dei suoi geni alterati per sviluppare una versione più completa del genoma.

Sono ora sulla versione 38 ed ogni nuova ripetizione può dissotterrare le pepite apprezzate di informazioni. Per il gruppo di Haussler, la versione 38 direzione l'oro.

Pezzi mancanti

Haussler ed i suoi colleghi stavano coltivando le strutture del tipo di cervello embrionali in laboratorio e cercare le differenze fra quelli ha fatto dagli esseri umani e dai resi. Il suo gruppo stava provando a segnare i geni con esattezza che erano attivi soltanto in cervelli umani di sviluppo. Tali geni hanno potuto comprendere un tasto alla dimensione del cervello umano - ed intelligenza umana.

Circa sei anni fa, il co-author Frank Jacobs di studio, poi nel laboratorio di Haussler ed ora all'università di Amsterdam, ha scoperto un candidato di promessa - un gene chiamato NOTCH2NL. È un parente di NOTCH2, un gene che gli scienziati hanno conosciuto erano centrali allo sviluppo iniziale del cervello, Haussler dice. NOTCH2 gestisce le decisioni vitali per quanto riguarda quando e quanti neuroni da fare.

Quando il gruppo di Haussler ha osservato nella versione ufficiale del genoma umano quella versione del tempo 37 - NOTCH2NL è sembrato essere situato in cromosoma 1 vicino ad una regione collegata alla dimensione anormale del cervello. Cancelli un grosso pezzo della regione ed i cervelli tendono a restringersi. La parte duplicata di ed i cervelli tendono ad invadere.

“Abbiamo pensato, “oh, questo è incredibile, “„ Haussler dice. NOTCH2NL è sembrato controllare tutte le caselle per vedere se c'è un ruolo chiave nello sviluppo del cervello umano. Ma quando il gruppo ha mappato la posizione precisa di NOTCH2NL nel genoma, hanno scoperto che il gene non era realmente nella regione cromosomica pertinente dopo tutto; il candidato di promessa è sembrato essere una persona buona a nulla.

“Eravamo abbattuti,„ Haussler dice. Che tutti sono cambiato con la versione ufficiale seguente del genoma umano - la versione 38. In questa ripetizione, NOTCH2NL è stato situato nella regione cruciale - “e c'erano tre versioni di!„ dice. Durante gli ultimi tre milione anni, il suo gruppo calcolato, NOTCH2NL copia-è stato inserito ripetutamente nel genoma, che cosa chiama “una serie di incidenti genetici.„

L'analisi genetica di parecchie specie del primate ha rivelato che i tre geni esistono soltanto in esseri umani ed i loro parenti recenti, i Neanderthals e Denisovans, non presso scimpanzè, gorille, o orangutan. Che cosa è più, la sincronizzazione delle corrispondenze dell'emergenza di questi geni su con il periodo nella registrazione quando i crani dei nostri antenati hanno cominciato ad ingrandire, Haussler del fossile dice. Insieme, i risultati indicano che i geni di NOTCH2NL hanno svolto un ruolo nel rinforzare la dimensione del cervello umano.

“Ho pensato, oh mio dio, ora tutta realmente si adatta insieme,„ dice.

Ripetitori del cervello

Il biologo Sofie Salama delle cellule di UCSC piombo gli sforzi per capire come questi geni potrebbero lavorare - e come potrebbero contribuire alla malattia.

Gli esperimenti con le toppe laboratorio-crescenti del tessuto cerebrale dal mouse e dalle cellule staminali embrionali umane hanno suggerito che i geni di NOTCH2NL dicono i cervelli di sviluppo di fare più progenitori del neurone. Questi sono come poche fabbriche del neurone, Haussler dice. Più progenitori significano più neuroni - e cervelli infine più grandi.

I geni di NOTCH2NL probabilmente trasportano questo messaggio cervello a crescita via la via ben esaminata di segnalazione della tacca, Salama ed i suoi colleghi scoperti. Gli scienziati già hanno saputo che le celle contano su questa via per la funzione di un neurone adeguata. Avere tre geni attivi di NOTCH2NL a gomito sul messaggio, “aggiungendo una spinta extra alla via,„ Salama dice.

Le deviazioni nei numeri di copia di questi geni hanno potuto essere legate ai disordini neurologici all'infuori della dimensione anormale del cervello, i ricercatori trovati. Un'analisi delle celle da sei pazienti di autismo nella variazione di Simons nel progetto individuale ha rivelato che ogni paziente aveva perso o parti guadagnate dei geni di NOTCH2NL. Finora, gli scienziati non avevano mappato le regioni genomiche esatte duplicate o affiorate.

La mappatura precisa era difficile, Salama dice, perché quell'area del genoma è così ripetitiva - montare la sequenza corretta di DNA è come la prova di un un puzzle con i pezzi quasi identici.

Ma il gruppo ha sviluppato una tecnologia d'ordinamento per risolvere il problema ed ha segnato come con esattezza i geni di NOTCH2NL sono stati radunati impropriamente nei pazienti con autismo. I risultati indicano un legame diretto fra il disordine ed i geni rimescolati di NOTCH2NL, Salama dice.

Sarcasmo dei risultati del gruppo di Haussler con quelli dall'università di laboratorio di Bruxelles (ULB) del neuroscenziato Pierre Vanderhaeghen, di cui il documento compare accanto a Haussler in cella. Vanderhaeghen ed i suoi colleghi hanno progettato un metodo di calcolo per contribuire ad individuare i geni attivi durante lo sviluppo fetale umano del cervello. Il gene superiore sulla lista era lo stesso un Haussler identificato - NOTCH2NL. “È che abbiamo preso lo stesso candidato super-fresco,„ Vanderhaeghen molto emozionante dice.

Il lavoro montra l'importanza della duplicazione di gene come forza nell'evoluzione, dice il ricercatore di HHMI

Questi geni ed altri come loro già stanno stimolando le nuove domande. In esseri umani moderni, per esempio, NOTCH2NL esiste in almeno otto ripetizioni leggermente differenti - le variazioni sottili per le lettere del DNA che compongono il gene. Haussler dice che è poco chiaro che effetto queste differenze possono avere. Ed il gruppo di Vanderhaeghen ha altri geni neurodevelopmental del candidato sulla lista che include NOTCH2NL. “Questi sono i candidati superiori dei geni umano-specifici,„ dice. “Nessuno li ha studiati ancora.„

Un tuffo profondo nel genoma potrebbe essere un gateway a spiegare l'evoluzione umana e capacità intellettuali, Haussler dice. “Capire il tasto alle nostre maggiori abilità conoscitive è un'opportunità enorme del nostro tempo. Ciò è un'area affinchè i giovani scienziati sia eccitata circa.„