Американские исследователи внесли в ДНК стволовых клеток мутацию, характерную для неандертальского генома, и вырастили из них небольшие органоиды, имитирующие кору головного мозга.
Как сообщил руководитель проекта на конференции университета Калифорнии в Сан-Диего, единственная мутация существенно изменила структуру нервных связей и даже форму органоидов. Об эксперименте рассказывается в редакционной заметке Science.
C момента прочтения неандертальского генома исследователи по найденным отличиям в ДНК пытаются понять, как неандертальцы выглядели, мыслили и жили, и насколько сильно отличались от людей современного типа. Особенно ученых интересует функционирование мозга этого вида людей. Современные технологии тканевой инженерии позволяют вырастить в чашке Петри небольшие нейронные агрегаты, имитирующие функцию коры или некоторых других отделов головного мозга. Такие мозговые органоиды, как их называют, можно вырастить из плюрипотентных стволовых клеток. Технологии редактирования генома, в свою очередь, позволяют изменить последовательность отдельных генов и наблюдать, как неандертальские варианты влияют на развитие мозга.
Подобными экспериментами, в частности, планирует заняться группа Сванте Паэбо (Svante Pääbo) — ученого, который опубликовал последовательности неандертальского генома и Денисовского человека, и их коллеги из других институтов. Группа под руководством Элиссона Мюотри (Alysson Muotri) из университета Калифорнии из Сан-Диего впервые сообщила о результате подобного эксперимента на локальной конференции под названием «Воображение и эволюция человека».
Чтобы сделать неандерталец-специфичные органоиды, ученые внесли единственную нуклеотидную замену, соответствующую неандертальскому варианту, в ген NOVA1. Замену внесли при помощи системы CRISPR/Cas9 в ДНК фибробластов, которые затем «обратили» до состояния стволовых клеток и заставили дифференцироваться в нейроны. Ген NOVA1 специфично экспрессируется в нейронах. Белок, кодируемый этим геном, участвует в созревании РНК, а мутации у человека в нем ассоциированы с некоторыми типами рака. Как считают ученые, неандертальский вариант NOVA1 мог привести к образованию сотни измененных белков в неандертальском мозге за счет альтернативного созревания матричной РНК (сплайсинга).
Полученные органоиды, по сравнению с человеческими сферическими агрегатами, оказались странной формы. Нейроны в их составе быстрее мигрировали и образовывали меньше синапсов с формированием непривычных связей между клетками. Мюотри отметил, что сформированные нейронные сети напоминают таковые в мозговых органоидах, выращенных из клеток аутистов. Однако в сочетании с другими специфическими вариантами генов это может дать иную картину строения мозга. Проверить это предстоит в будущих экспериментах.
Подробнее о том, как ученые исследуют мозг и его развитие вне тела человека, можно прочитать в нашем материале.
Автор: Дарья Спасская