Почему мозг человека больше, чем у обезьян: найден возможный механизм

Почему мозг человека значительно крупнее мозга его ближайших эволюционных родственников? Ученые из Дрезденского технического университета показала: часть ответа может заключаться в регуляции одних и тех же генов. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Ученые сравнили раннее развитие органоидов мозга человека, шимпанзе и гориллы. В человеческих клетках они обнаружили почти 600 более активных участков ДНК, управляющих работой генов. Многие из них связаны с формой клеток-предшественников нейронов.

Как сравнили развитие мозга

Исследователей интересовал неокортекс — область коры, участвующая в абстрактном мышлении, долгосрочном планировании и речи. У человека он значительно больше, чем у других человекообразных обезьян. Известные гены, специфичные для человека, объясняют это эволюционное увеличение лишь отчасти.

Поскольку развивающаяся мозговая ткань человекообразных обезьян недоступна для исследований по этическим причинам, команда использовала органоиды. Это небольшие трехмерные структуры, выращенные из стволовых клеток и воспроизводящие отдельные особенности развития неокортекса. Такой подход позволил сопоставить ранние этапы формирования ткани у трех видов.

Общие гены, разные настройки

Часть генома, кодирующая белки, у человека на 98–99% совпадает с соответствующими последовательностями шимпанзе и гориллы. Однако сходство генов не означает одинаковой активности. Ее регулируют короткие участки ДНК — своеобразные переключатели, способные усиливать или ослаблять работу генов.

В нейральных стволовых клетках человеческих органоидов почти 600 таких переключателей оказались активнее, чем у двух других видов. Многие управляли генами, которые влияют на форму клеток, в том числе на образование длинных разветвленных отростков.

От ветвления к новым нейронам

Когда ученые отключили два таких гена в человеческих органоидах, стволовые клетки стали менее разветвленными. Отключение одного из них также привело к образованию меньшего числа нейронов.

Результат согласуется с прежними исследованиями: более разветвленные клетки-предшественники могут получать больше сигналов из окружения, чаще делиться и производить больше нейронов. По мнению авторов, различия в регуляции общих генов могли способствовать увеличению человеческого мозга. Органоиды позволяют изучать этот механизм на уровне отдельных клеток и генов, хотя воспроизводят лишь часть процессов развития мозга.