Замена всего одного человеческого гена на неандертальский заметно изменила работу мозга

Нейробиологи из Калифорнийского университета (США) заменили всего один ген человеческого мозга на неандертальский, и различия оказались поразительными.

Исследование опубликовано в журнале Brain & Behavior, коротко о нем рассказывает Science.

Неандертальцы, которые жили от 500 000 до 11 700 лет назад, являются не прямыми предками Homo sapiens, а скорее «двоюродными братьями». Эти виды могли скрещиваться между собой, но в конце концов и неандертальцы, и денисовцы — еще один вид древних людей — исчезли с нашей планеты.

Мозг неандертальцев был примерно такого же размера, как человеческий. Но антропологи предполагают, что работал он по-другому: неандертальцы так и не достигли технологий и уровня мастерства, какими к тому времени обладали люди.

Чтобы выяснить, какие различия могут существовать, нейробиолог Алиссон Муотри и ее команда сначала сравнили геномы современных людей с геномами неандертальцев и денисовцев. Они обнаружили 61 ген, для которых у современных людей была одна версия, а у архаичных людей — другая.

Затем команда использовала инструмент редактирования генов CRISPR на стволовых клетках, полученных из клеток кожи человека, для модификации гена NOVA1, который регулирует активность других генов на раннем этапе развития мозга.

Замена только одной основы ДНК превратила ген NOVA1 в неандертальский. Затем исследователи вырастили органоиды — небольшие скопления клеток мозга — с неандертальской версией и без нее и сравнили их. Ученые подчеркнули, что органоиды — это вовсе не настоящий мозг и ни в коем случае нельзя считать полностью «неандертальскими» органоидами те, у которых есть единственный неандертальский ген.

Тем не менее замена всего одного гена изменила процесс развития, внешний вид и электрическую активность органоида. Модифицированный органоид созревал быстрее, давая неровную сложную поверхность вместо гладкой. Его электрическая активность увеличивалась быстрее, чем у его аналога, а связи между нервами, синапсами, зависели от немного иных версий ключевых белков и их взаимодействий.

Более того, электрические импульсы не были так синхронизированы, как в полностью современном органоиде человека.

Это одно из первых исследований, в котором изучается, как конкретные изменения в ДНК современных людей влияют на развитие мозга. «Удивительно, что, заменив одну аминокислоту в одном белке, можно получить эффект, который даже визуально заметен в микроскоп. Но поскольку органоиды представляют собой только самые ранние стадии развития, трудно понять, как [изменения] проявятся в более зрелом мозге», — отметили ученые.

Исследователи готовы продолжать работу над изучением архаичных вариантов генов человека. Выявив влияние одного гена неандертальца, они готовы заняться остальными 60.

Фото: Muotri Lab