РНК показала отличия мозга человека от мозга остальных приматов

Основным различием между головным мозгом человека и других видов приматов является экспрессия генов, отвечающих за биосинтез различных нейромедиаторов, включая дофамин. Это выяснили американские ученые, которые провели анализ транскриптома головного мозга трех видов приматов: шимпанзе, макаки-резуса и человека. Работа опубликована в журнале Science.

В процессе эволюции человеческий мозг приобрел больший размер (он примерно в три раза больше мозга самого ближайшего сохранившегося родственника современных людей — шимпанзе) и большее количество нервных клеток, тем самым расширив диапазон когнитивных (и других) способностей Homo sapiens. Тем не менее, для лучшего понимания причин появившихся в процессе эволюции функциональных и анатомических различий между человеческим мозгом и мозгом других видов приматов, их необходимо изучить на более глубоком уровне.

Для того, чтобы лучше изучить молекулярные и клеточные различия между мозгами различных видов приматов, авторы новой работы под руководством профессора Йельского университета Ненада Сестана (Nenad Sestan) провели анализ транскриптома 16 различных участков мозга человека, обыкновенного шимпанзе (Pan troglodytes) и макакит-резуса (Macaca mulatta). Ученые секвенировали 26,5 цепочек РНК, включая как 16,5 тысяч матричных РНК (мРНК), хранящих информацию о первичной структуре кодируемых белков, так и 3,2 тысячи некодирующих РНК. С помощью этого ученые смогли проследить различия в экспрессии генов в различных участках мозга среди трех разных видов.

Исследователи обнаружили пониженную или повышенную чувствительность (англ. down-regulation/up-regulation — чувствительность к молекулярному воздействию, например, гормонов или нейромедиаторов) 11,9 процента мРНК и 13,6 процента микроРНК в различных участках головного мозга, характерную для человека. Эти участки включали полосатое тело (важную часть как моторной системы, так и системы вознаграждения), таламус (он обрабатывает сенсорную и моторную информацию, а также участвует в регуляции циркадных ритмов и внимания), первичную зрительную кору и дорсолатеральную часть префронтальной коры — одного из главных участков мозга, принимающих участие в высшей нервной деятельности. Интересно, что различия в экспрессии генов в новой коре (или неокортексе — наиболее эволюционную часть головного мозга, которая лучше всего развита у приматов) указали на пониженную чувствительность всего 31 гена, среди которых — подавленный TWIST1, мутацию которого связывают с умственной отсталостью.

Диаграмма различий в экспрессии генов в разных участках головного мозга (столбцы). Каждая строка матрицы соответствует группе различий (H — человек, C — шимпанзе, M — макак). Больший размер пузырька указывает на большее количество различий

Sousa et al. / Science 2017

Кроме того, ученые обнаружили характерную для мозга человека повышенную чувствительность генов, включающих два фермента (тирозингидроксилазу и декарбоксилазу), участвующих в биосинтезе нейромедиатора дофамина в полосатом теле, гиппокампе и миндалевидном теле. Анализ экспрессии генов других приматов, наоборот, указал на сниженную экспрессию этих ферментов. Проанализировав данные предыдущих исследований, проведенные на развивающемся человеческом мозге, исследователи также выяснили, что экспрессия фермента тирозингидроксилазы увеличивается во время внутриутробного развития и периода взросления.

Экспрессия энзимов в различных участках головного мозга (по оси x) в мозге человека (красным), шимпанзе (синим) и макаки (зеленым)

Sousa et al. / Science 2017

Разная чувствительность генов мозга человека и других приматов объясняет эволюционное преимущество человеческого мозга. В частности, дофаминергические нейроны в полосатом теле принимают участие в регуляции моторной деятельности и связывают гиппокамп с префронтальной корой. Кроме того, дофамин, например, участвует в системе вознаграждения головного мозга (в процессах получения удовольствия, выражения мотивации и обучения). Ученые, поэтому, отмечают, что для изучения эволюционного развития головного мозга необходимо проводить анализ экспрессии генов, отвечающих за синтез и других нейромедиаторов.

В начале этого года ученые разработали методику эффективного анализа ДНК исторических биологических образцов, сохраненных в формалине, — об этом вы можете прочитать здесь. Подробнее о технологиях чтения ДНК читайте в нашем материале.

Елизавета Ивтушок

Источник: nplus1.ru

Комментарии: