Genet, der gør os til mennesker?

En lille del af DNA, der hurtigt har udviklet sig i mennesker, kan spille en nøglerolle i udviklingen og udviklingen af ​​den menneskelige hjerne, ifølge forskning offentliggjort online i går i tidsskriftet Natur . Selvom forskerne endnu ikke ved præcis, hvordan genet fungerer i hjernen, ved de, at sekvensen er helt unik for mennesker og kommer til udtryk i cortex - som er ansvarlig for komplekse tanker - under et nøglestadium af hjernens udvikling.

Det er et meget spændende fund, siger Bruce Lahn , en genetiker, der studerer hjernens udvikling ved University of Chicago. Det bringer os et skridt tættere på det overordnede mål om at forstå menneskets hjerneudvikling på genernes niveau.

Engang i de sidste fem til syv millioner år, hvor mennesker og chimpanser delte sig fra hinanden på det evolutionære træ, blev vores hjerner tre gange større end vores nærmeste primatslægtninges. Den imponerende vækst skyldtes i høj grad ekspansion i hjernebarken, det ydre lag af hjernen, der er ansvarlig for ræsonnement og andre typer af kompleks tankegang. Siden sekvenserne af menneskets og andre dyrs genomer er blevet tilgængelige for undersøgelse, har videnskabsmænd gennemsøgt bunker af DNA for genetiske spor til vores hjernes unikke vækstspurt - og til de biologiske ændringer, der gør os til enestående mennesker.

I det nye papir sammenlignede forskere ved University of California, Santa Cruz det menneskelige genom med genomerne fra chimpanser, hunde, rotter, mus og kyllinger, og søgte efter genetiske sekvenser, der var meget bevarede under evolutionen og derfor funktionelt vigtige. De ledte derefter efter sekvenser inden for de bevarede områder, der havde ændret sig hurtigt hos mennesker, hvilket indikerer, at disse ændringer var vigtige for menneskets unikke udvikling.

Forskerne identificerede adskillige hurtigt udviklende bidder af DNA, men det hurtigste stykke var langtfra en lille DNA-kæde, der er en del af et gen udtrykt i hippocampus, som er involveret i indlæring og hukommelse. Ifølge resultaterne var sekvensen meget ens hos kyllinger og chimpanser, med kun to ændringer i den genetiske kode; men det havde ændret sig bemærkelsesværdigt i menneskets DNA og viste 18 genetiske forskelle fra versionen hos chimpanser.

Det bekræftede virkelig, at denne [sekvens] er specifik for den menneskelige afstamning, siger David Haussler , en genomikekspert ved UCSC, der ledede arbejdet. Vi sekventerede også menneskeligt DNA fra forskellige mennesker rundt om i verden - alle ser ud til at have de samme 18 variationer.

Forskerne opdagede derefter, at genet, kendt som HAR1F, har nogle endnu mere lokkende egenskaber: det kommer til udtryk i et bestemt sæt celler i den menneskelige hjerne mellem 9 og 19 ugers graviditet – når cortex gennemgår en hurtig udviklingsperiode. Det er i det væsentlige den indledende fase af udviklingen af ​​cortex, den tænkende del af hjernen, siger Haussler. Det er den del af vores hjerne, der er blevet så meget større i løbet af de sidste par millioner års evolution.

Da forskerne endnu ikke kender genets funktion, er det svært at forudsige dets rolle i hjernens udvikling eller menneskelig evolution. At finde disse hurtigt udviklende gener er et udgangspunkt for at forstå menneskets genetiske evolution, siger Lahn, men det fortæller os ikke, hvordan ændringer i den genetiske sekvens fører til ændringer i menneskets biologi.

Ja, HAR1F er ret mystisk. Det koder kun for et RNA, mens de fleste gener i sidste ende koder for et protein. Mens andre RNA-kodende gener er blevet identificeret - RNA-gener har nogle gange en regulerende funktion, der ændrer produktionen af ​​et protein - ligner denne sekvens ingen af ​​de kendte RNA-gener. Genet ser ud til at være et gen i sit eget univers, siger Lahn.

Genet er også forskelligt fra tidligere identificerede gener, der kan spille en rolle i hjernens udvikling. Sidste år identificerede Lahns gruppe to hjernegener som værende under nyligt evolutionært pres. I modsætning til HAR1F , disse gener har en kendt funktion - de er begge involveret i kontrol af hjernestørrelse. Derudover findes forskellige variationer af disse gener i forskellige regioner af verden, mens alle testede indtil videre synes at bære de samme 18 variationer i den hurtigt udviklende del af HAR1F .

Hausslers gruppe var i stand til at identificere det nye stykke DNA på grund af deres unikke tilgang til genomanalyse. Tidligere undersøgelser fokuserede på de kodende regioner af genomet: den del af DNA, der styrer produktionen af ​​proteiner. Hausslers gruppe foretog på den anden side en søgning i hele genomet efter hurtigt udviklende sekvenser inden for de konserverede områder af DNA. Deres metode ser ud til at være en meget elegant måde at opfange de potentielle regulatoriske elementer, der fik unikke funktioner i den menneskelige slægt, siger Ganeshwaran Mochida , neuroforsker og genetiker ved Harvard Medical School i Boston.

Nogle videnskabsmænd er dog skeptiske over, at DNA-stykket vil vise sig at være nøglen til menneskelig hjerneudvikling. Det er lidt svært at gennemskue, hvordan et stykke RNA på 118 basepar kunne have været så stenkoldt evolutionært, med to ændringer i de sidste 318 millioner år, og derefter gennemgå 18 successive uafhængige substitutioner i den menneskelige slægt siden opdelingen med chimpanse, siger Andrew Clark , en befolkningsgenetiker ved Cornell University i Ithaca, NY. Han foreslår, at de seneste ændringer kan være et produkt af en usædvanlig og endnu ikke-forstået mutationsproces snarere end af evolutionært pres. Og han tilføjer, at der endnu ikke findes beviser for nogen af ​​mulighederne. Under alle omstændigheder tjener arbejdet som en stærk motivation til at forstå den biologiske funktion af dette gen, og det har altid været spændingen ved denne form for arbejde, siger han.

Haussler og samarbejdspartnere forsøger nu at finde ud af, hvilken rolle HAR1F spiller under hjernens udvikling. Blandt andre eksperimenter planlægger de at skabe en mus, der udtrykker genets menneskelige form. Vi ved ikke, om musen vil begynde at skrive Shakespeare, siger Haussler. Det er usandsynligt, at det fungerer som et menneskeligt gen, fordi det bliver udtrykt i musebarken med andre musegener, men det er noget at prøve.

Haussler forudser, at resultaterne vil udløse en bølge af forskning i rollen som HAR1F . For eksempel håber han, at videnskabsmænd, der studerer genetik af skizofreni og andre lidelser, vil søge deres patientpopulationer for mutationer i genet, som kan kaste lys over dets rolle i hjernens udvikling og kognitive funktion.

skjule