
Эволюция мозга человека шла по пути специализации нервных клеток, включая «вспомогательные»
Возможности мозга человека несравнимо больше, чем любого другого вида на Земле. Он значительно отличается от мозга даже наших самых близких «родственников» – человекообразных обезьян, включая шимпанзе, и ученые пытаются выяснить, каким путем он эволюционировал
У человека разумного и шимпанзе геном (совокупность всей клеточной ДНК) совпадает на 95–99%, что несопоставимо с уровнем наших различий. Все дело в том, что в основе последних лежит разница не только в самих генах, но и в регуляторных механизмах их экспрессии, т.е. активности. Яркий пример: гусеница и бабочка, представляющие собой разные стадии развития одной особи, имеют один набор генов, но работают они у них очень по-разному.
Каждый ген содержит информацию об определенном белке, эта информация считывается с ДНК на молекулу матричной РНК, по которой синтезируется белок. По количеству молекул мРНК в клетке в текущий момент можно определить уровень экспрессии конкретного гена.
Ранее уже было показано, что у человека по сравнению с шимпанзе в тканях мозга выше активность ряда генов, особенно тех, которые связаны с производством энергии и обменом веществ. Но обычно в подобных исследованиях клетки мозга делили всего на два типа: нейроны, передающие электрохимические сигналы, и глию – «служебные» клетки, выполняющие другие функции, такие как производство изолирующей миелиновой оболочки или удаление клеточного «мусора». И результаты, соответственно, получались усредненные, плохо отражающие клеточные особенности.

Ученые из США и Испании в своем недавнем исследовании проанализировали экспрессию 25 тыс. генов в клетках мозга человека и шимпанзе, а также макаки. При этом они исследовали клетки 6 основных типов – возбуждающие и тормозные нейроны, 4 типа глии, включая астроциты, олигодендроциты и их предшественники, а также несколько подтипов клеток всех основных типов. Все эти клетки располагались в двух регионах мозга – области задней поясной коры и дорсолатеральной префронтальной коры.
Использовав технологии РНК-секвенирования отдельных клеток, ученые ожидаемо обнаружили в мозге человека увеличение уровня экспрессии генов по сравнению с шимпанзе, что отражало ускоренную эволюцию регуляторных систем. При этом у человека не просто было больше более активных генов – для каждого типа и подтипа клеток картина их активности была специфической, отличной от других, и в значительно большей степени, чем у шимпанзе. Это говорит о том, что не только мозг в целом, но и отдельные типы его клеток проходят свой собственный эволюционный путь в процессе специализации.
В мозге человека глиальные клетки составляют более половины всех клеток, что намного больше, чем у шимпанзе. Как показало исследование, более активные, в сравнении с шимпанзе, гены в астроцитах человека имеют отношение к трансмембранным процессам. Наибольшие же межвидовые различия были обнаружены для олигодендроцитов, формирующих миелин: более активные у человека гены олигодендроцитов участвуют в межклеточном взаимодействии и клеточной дифференцировке. Для человека также характерно более высокое соотношение предшественников этих клеток и зрелых олигодендроцитов. Гены, более активные в человеческих предшественниках олигодендроцитов, имеют отношение к организации синапсов и регуляции клеточной подвижности и миграции, что может быть связано с более высокой нейронной пластичностью и более медленным развитием нашего мозга.
Что касается нейронов, то у них отмечены изменения в регуляции генов, определяющих плотность дендритных шипиков – мембранных выростов, участвующих в формировании памяти. У человека по сравнению с приматами последних больше, что непосредственно связано с когнитивными способностями.
Таким образом, в активности генов у человека и его ближайшего «родственника» шимпанзе нашлось немало различий. Большие межвидовые различия в регуляции генов в глиальных клетках, призванные обеспечивать вспомогательные, но очень важные энергетические и метаболические функции, а также формирование синапсов и сосудистой сети, по-видимому, являются отражением необходимости удовлетворять разнообразные потребности большого и сложного мозга.
В дальнейшем ученые планируют выяснить, как менялась экспрессия генов в тканях мозга на более ранних этапах эволюционной истории – на примере животных, находящихся в более отдаленном родстве, а также изучить различия между современными и архаичными людьми, такими как неандертальцы и денисовцы.
Фото: https://www.flickr.com и https://www.flickr.com
Публикации по теме:
Рибосома – минифабрика по производству белков
МИЕЛИНовая защита нейрона: все начинается до рождения
