Os pesquisadores descobrem três genes que podem ter contribuído à evolução do grande cérebro humano

Um grupo recentemente descoberto de genes poderia ajudar a explicar como os seres humanos divergiram de outros macacos.

Três genes envolvidos na geração da pilha de nervo no cérebro emergiram aproximadamente 3,5 milhão anos há e podem ter contribuído à evolução rápida do grande cérebro humano, o investigador (HHMI) David Haussler do Howard Hughes Medical Institute e os colegas relatam o 31 de maio de 2018, na pilha do jornal. Que o trabalho - e um papel de uma equipa de investigação independente publicou na mesma edição - identifica os genes que ajudam a construir o neocortex, a camada exterior enrugado do cérebro que dá a seres humanos nossa capacidade para pensar, planear, e razão.

Até aqui, os genes tinham sido inexplorados, mascarado por um erro na versão publicada do genoma humano. Estes genes, e outro originais aos seres humanos, indícios da oferta sobre o que nos separa dos chimpanzés, dizem Haussler, do University of California, Santa Cruz (UCSC).

“Compreender-se e como nós somos diferentes da outra espécie foi uma procura científica por milênio,” diz. “Estes estudos ajudam a endereçar a pergunta antiquíssima do que nos faz humanos.”

História antiga

Aproximadamente 6,5 milhão anos há, seres humanos e chimpanzés divergiu de um antepassado comum. Alguns milhão anos após o esse, o tamanho do cérebro humano começou a crescer. “Se você olha os crânios dos fósseis de nossos antepassados, você pode ver esta expansão,” Haussler diz.

Hoje, o neocortex humano é aproximadamente três vezes maior do que aquele de um chimpanzé, mas os pesquisadores não identificaram todos os factores genéticos responsáveis para a diferença. Desde seres humanos e chimpanzés rache, o genoma humano submeteu-se a aproximadamente 15 milhão mudanças - emendas às letras do ADN que compo nosso livro de instrução genético.

Haussler é bem versado nos detalhes dos genes do pessoa. Sua equipe era parte do projecto de genoma humano, a procura de vários anos para soletrar para fora todas as letras do ADN que compo genes dos seres humanos os aproximadamente 20.000. Haussler e os colegas afixaram o primeiro esboço do genoma humano no Internet o 7 de julho de 2000. Uma versão oficial saiu em 2003, mas é ainda uns trabalhos em curso, diz. “Nós mantemo-nos encher-se em diferenças pequenas e em lugares de esclarecimento que nós éramos incertos aproximadamente.”

Os pesquisadores igualmente têm que decidir que variações dos genes a incluir. Os seres humanos todos têm os mesmos modelos básicos, mas os genes podem ser rearranjados, suprimido, e vindo em “sabores diferentes.” O genoma oficial é “na maior parte algum indivíduo anónimo do búfalo,” Haussler diz, mas os cientistas trocaram para fora alguns de seus genes alterados para construir uma versão mais completa do genoma.

Estão agora na versão 38, e cada iteração nova pode desenterrar pepitas valiosas da informação. Para a equipe de Haussler, a versão 38 golpeou o ouro.

Partes faltantes

Haussler e seus colegas têm crescido embrionários cérebro-como estruturas no laboratório e procurar diferenças entre aquelas fez dos seres humanos e dos reso. Sua equipe estava tentando localizar os genes que eram activos somente em desenvolver cérebros humanos. Tais genes podiam incluir uma chave ao tamanho do cérebro humano - e inteligência humana.

Aproximadamente seis anos há, co-autor Frank Jacobs do estudo, então no laboratório de Haussler e agora na universidade de Amsterdão, descobriu um candidato prometedor - um gene chamado NOTCH2NL. É um parente de NOTCH2, um gene que os cientistas conheçam sejam centrais à revelação adiantada do cérebro, Haussler diz. NOTCH2 controlar decisões vitais em relação a quando e quantos neurônios a fazer.

Quando a equipe de Haussler olhou na versão oficial do genoma humano naquele tempo - a versão 37 - NOTCH2NL pareceu ser ficado situado no cromossoma 1 perto de uma região ligada ao tamanho anormal do cérebro. Suprima de um pão da região, e os cérebros tendem a encolher. A parte duplicada dela, e os cérebros tendem a overgrow.

“Nós pensamos, “oh, este é incrível, “” Haussler diz. NOTCH2NL pareceu verificar todas as caixas para ver se há um papel chave na revelação do cérebro humano. Mas quando a equipe traçou o lugar preciso de NOTCH2NL no genoma, descobriram que o gene não estava realmente na região cromossomática relevante afinal; o candidato uma vez que-prometedor pareceu ser um insucesso.

“Nós éramos deprimidos,” Haussler diz. Que todos mudaram com a versão oficial seguinte do genoma humano - versão 38. Nesta iteração, NOTCH2NL foi ficado situado na região crucial - “e havia três versões dela!” diz. Durante os últimos três milhão anos, sua equipe calculada, NOTCH2NL cópia-foi colada repetidamente no genoma, o que chama “uma série de acidentes genéticos.”

A análise genética de diversas espécies do primata revelou que os três genes existem somente nos seres humanos e seus parentes recentes, os Neanderthals e Denisovans, não nos chimpanzés, nos gorila, ou nos orangotango. O que é mais, o sincronismo de fósforos da emergência destes genes acima com o período no registro quando os crânios dos nossos antepassados começaram a ampliar, Haussler do fóssil diz. Junto, os resultados sugerem que os genes de NOTCH2NL joguem um papel em melhorar acima o tamanho do cérebro humano.

“Eu pensei, oh meu deus, agora todo cabe realmente junto,” diz.

Impulsionadores do cérebro

O biólogo de pilha Sofie de UCSC Salama conduziu esforços para figurar para fora como estes genes puderam trabalhar - e como puderam contribuir à doença.

As experiências com as correcções de programa laboratório-crescidas do tecido de cérebro do rato e das células estaminais embrionárias humanas sugeriram que os genes de NOTCH2NL dizem cérebros se tornando para fazer mais ancestral do neurônio. Estes são como poucas fábricas do neurônio, Haussler diz. Mais ancestral significam mais neurônios - e uns cérebros finalmente mais grandes.

Os genes de NOTCH2NL transportam provavelmente esta mensagem cérebro-crescente através do caminho bem examinado da sinalização do entalhe, de Salama e de seus colegas descobertos. Os cientistas já souberam que as pilhas confiam neste caminho para a função neuronal apropriada. Ter três genes activos de NOTCH2NL põe em marcha acima a mensagem, “adicionando um impulso extra ao caminho,” Salama diz.

Os desvios em números de cópia destes genes podiam ser amarrados às desordens neurológicas diferentes do tamanho anormal do cérebro, pesquisadores encontrados. Uma análise das pilhas de seis pacientes do autismo na variação de Simons no projecto de indivíduos revelou que cada paciente tinha perdido ou partes ganhadas de genes de NOTCH2NL. Até aqui, os cientistas não tinham traçado as regiões genomic exactas duplicadas ou colhidas para fora.

O traço preciso era difícil, Salama diz, porque essa área do genoma é tão repetitiva - montar a seqüência correcta do ADN é como a tentativa unir um enigma com partes quase idênticas.

Mas a equipe desenvolveu uma tecnologia arranjando em seqüência para resolver o problema, e localizou como os genes de NOTCH2NL foram reunidos impropriamente nos pacientes com autismo. Os resultados sugerem uma hiperligação directa entre a desordem e genes reshuffled de NOTCH2NL, Salama diz.

Comentário insultuoso dos resultados da equipe de Haussler com os aqueles da universidade do laboratório de Bruxelas (ULB) do neurocientista Pierre Vanderhaeghen, cujo o papel aparece ao lado de Haussler na pilha. Vanderhaeghen e seus colegas projectaram um método computacional ajudar a detectar os genes activos durante a revelação fetal humana do cérebro. O gene superior na lista era o mesmo um Haussler identificado - NOTCH2NL. “É que nós pegaramos o mesmo candidato super-fresco,” Vanderhaeghen muito emocionante diz.

O trabalho apresenta a importância da duplicação de gene como uma força na evolução, diz o investigador de HHMI

Estes genes e outro como eles já spurring perguntas novas. Em seres humanos modernos, por exemplo, NOTCH2NL existe pelo menos em oito iterações ligeira diferentes - variações subtis no pedido das letras do ADN que compo o gene. Haussler diz que é obscuro que efeito estas diferenças podem ter. E a equipe de Vanderhaeghen tem outros genes neurodevelopmental do candidato na lista que inclui NOTCH2NL. “Estes são os candidatos superiores de genes humano-específicos,” diz. “Ninguém estudou-os ainda.”

Um mergulho profundo no genoma poderia ser um Gateway a explicar a evolução humana e poder intelectual, Haussler diz. “Compreender a chave a nossas maiores capacidades cognitivas é uma oportunidade enorme de nosso tempo. Esta é uma área para que os cientistas novos sejam entusiasmado aproximadamente.”