Учёные нашли участок ДНК, ответственный за развитие человеческого мозга

Исследование, проведённое учёными Медицинского центра Университета Дьюка (США), позволило идентифицировать уникальный участок ДНК, свойственный только человеку, который напрямую влияет на развитие мозга. Этот участок — энхансер HARE5 — регулирует активность генов, отвечающих за рост коры головного мозга и размножение нейронов. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Человеческий мозг значительно отличается от мозга других видов — особенно по размеру и сложности коры больших полушарий, что напрямую связано с когнитивными способностями. Геномные исследования последних лет выявили так называемые ускоренные регионы человека (HARs) — участки некодирующей ДНК с уникальными для человека мутациями, часто расположенные рядом с генами, связанными с развитием мозга. Одним из таких участков стал HARE5, расположенный на 10-й хромосоме.

Он управляет активностью гена FZD8, ключевого элемента в сигнальном пути WNT, регулирующем деление нервных клеток. Чтобы понять, как именно HARE5 влияет на развитие мозга, учёные применили методы редактирования генома (в том числе CRISPR) и создали несколько моделей: мышей с «внедрёнными» версиями HARE5 от человека, шимпанзе и мыши; органоиды мозга, выращенные из стволовых клеток человека и шимпанзе; нейрональные клетки, редактированные для изучения влияния конкретных мутаций.

Анализ показал, что человеческая версия HARE5 значительно усиливает активность гена FZD8, что ведёт к более активному делению стволовых нервных клеток (радиальных глиальных клеток) и, как следствие, к увеличению размеров коры и численности нейронов. Особенно сильный эффект наблюдался в верхних слоях коры — зонах, отвечающих за мышление и восприятие. Четыре человеческие нуклеотидные замены в HARE5 оказались ключевыми, из них две — Варианты I и II — обеспечивали около 80% наблюдаемого эффекта.

При этом мутации, связанные с аутизмом, вблизи Варианта I резко снижали активность энхансера и нарушали процесс деления клеток. Удаление HARE5 у мышей привело к уменьшению размеров коры мозга, что подтверждает его критическую роль в развитии мозга. Более того, широкополосная кальциевая визуализация выявила усиление функциональной независимости между различными зонами мозга у «человеко-мышей» с HARE5, что может указывать на более сложные нейронные сети. Авторы подчеркивают: даже незначительные изменения в некодирующей ДНК могут радикально повлиять на структуру и развитие мозга.

Это открытие даёт важные подсказки для изучения не только эволюции человеческого интеллекта, но и природы нейроразвития таких расстройств, как аутизм. Будущие исследования, считают учёные, помогут выяснить, как подобные регуляторные участки ДНК влияют на когнитивные способности и почему человеческий мозг развивается столь уникальным образом.

• Как кофе влияет на мозг во время сна: новое исследование
• Сильнейшая магнитная буря в День матери вызвала помехи в радиосвязи и образование "пузырей" в верхних слоях атмосферы Земли
• Прорыв в лечении меланомы: ученые нашли уязвимое звено в опухолях с мутацией NRAS
• 856 инъекций яда и шаг к универсальному противоядию
• Прекращение действия пандемийных правил Medicaid
• Холодные погружения запускают процесс очистки клеток и могут лечить старение и болезни
• Первичные препараты не действуют на 48% людей с депрессией
• Все одобренные FDA препараты для лечения расстройств, связанных с употреблением алкоголя