Atsitiktinis įvykis prieš milijoną metų visiems laikams pakeitė mūsų smegenis: įminta DNR dalių paslaptis

Kaip ir šeimos receptai, perduodami iš kartos į kartą, yra tam tikri DNR ruožai, kurie evoliucijos metu išlieka nepakitę.

Šios žmogaus DNR sritys, kuriose įvyko staigūs pokyčiai, vadinamos „žmogaus pagreitinto vystymosi zonomis“ (HAR).

Mokslininkai mano, kad bent jau kai kurios iš šių HAR zonų gali būti atsakingos už unikalias savybes, kurios skiria žmones nuo artimiausių giminaičių, pavyzdžiui, šimpanzių.

Tyrėjų grupė HAR nustatė beveik prieš du dešimtmečius, lygindama žmonių ir šimpanzių genomus. Naujausiame tyrime komanda nustatė, kad trimatis žmogaus DNR sulankstymas branduolyje yra lemiamas veiksnys šiuo mūsų rūšiai lemiamu momentu.

Norėdami suprasti, kaip įvyko šis žmogaus DNR pokytis, įsivaizduokite, kad jums ant kaklo apvyniotas ilgas mūsų paskutinio bendro protėvio su šimpanze DNR šalikas.

Per visą jo ilgį išsidėsčiusios skirtingų spalvų juostelės.

Dabar įsivaizduokite, kad kas nors bando pasigaminti lygiai tokį patį šaliką, bet ne visai pagal pirminį raštą.

Kai kurios juostelės siauresnės, kai kurios platesnės, o kai kurių spalvų eiliškumas skiriasi nuo originalo.

Apvyniojus naująjį šaliką aplink kaklą taip pat, kaip ir originalųjį, juostelės viena šalia kitos kilpoje nebebus vienodos.

Panašiai reikšmingas skirtumas tarp žmogaus ir šimpanzės DNR yra struktūrinis.

Į žmogaus genomą buvo įterpti, pašalinti ar pertvarkyti dideli DNR statybinių blokų fragmentai, todėl žmogaus DNR branduolyje lankstosi kitaip nei kitų primatų.

Komanda tyrė, ar šie struktūriniai žmogaus DNR pokyčiai ir pakitęs jos 3D lankstymasis galėjo lemti, kad tam tikri HAR genai buvo „pagrobti“, susiejant juos su kitais baltymus koduojančiais genais nei tie, prie kurių jie buvo prijungti iš pradžių.

Daugelis HAR genų yra stiprintuvai, t. y. jie sustiprina susijusio (-ių) geno (-ų) transkripciją.

Naujausiame tyrime komanda palygino 241 žinduolių rūšies genomus, naudodama mašininį mokymąsi, kad išanalizuotų didžiulius duomenų kiekius. Jie nustatė 312 HAR ir ištyrė, kur jie yra sulankstytos DNR trimatėje „kaimynystėje“.

Beveik 30 proc. šių HAR buvo DNR srityse, kuriose dėl struktūrinių skirtumų žmogaus genomas susilanksto kitaip nei kitų primatų.

Komanda taip pat nustatė, kad regionuose, kuriuose yra HAR, gausu genų, skiriančių žmones nuo mūsų artimiausių giminaičių šimpanzių.

Atlikus eksperimentą, kurio metu buvo lyginama augančių žmogaus ir šimpanzės kamieninių ląstelių DNR, trečdalis nustatytų HAR buvo transkribuojami būtent žmogaus neokortekso vystymosi metu.

Daugelis HAR vaidina svarbų vaidmenį embrioniniame vystymesi, ypač formuojantis nervų takams, susijusiems su protu, skaitymu, socialiniais įgūdžiais, atmintimi, dėmesiu ir koncentracija, t. y. savybėmis, kurios žmonėms labai skiriasi nuo kitų gyvūnų.

Gali būti, kad milijonus metų nepakitę HAR genai stiprintojai turėjo prisitaikyti prie skirtingų tikslinių genų ir reguliacinių sričių.

Tokie dramatiški genomo architektūros pokyčiai gali turėti didelę reikšmę genų reguliavimui ir ląstelių funkcijoms, o tai gali padėti paaiškinti nepaprastą bruožų, skiriančių mus nuo kitų primatų, įvairovę.

Dabar komanda tiria, kaip konkretūs HAR prisideda prie žmogaus smegenų evoliucijos ir kaip jie sąveikauja su kitais genetiniais ir aplinkos veiksniais, formuodami individualius pažintinių gebėjimų ir psichikos sveikatos skirtumus.

Galutinis jų tikslas – atskleisti genetinį žmogaus unikalumo pagrindą ir nustatyti galimus neuropsichiatrinių sutrikimų, kurie, kaip manoma, atsiranda dėl sutrikusio genų tinklų, dalyvaujančių smegenų vystymesi ir veikloje, reguliavimo, terapinės intervencijos taikinius.