Немецкие и японские исследователи экспериментально подтвердили функциональную роль специфического для человека гена ARHGAP11B в формировании сложного и сильно развитого неокортекса.
Подсадка гена ARHGAP11B обезьяне-мармозетке привела к выраженному увеличению размеров неокортекса и усложнению его бороздчатой структуры. Авторы работы полагают, что именно этому гену человек обязан своим бороздчатым неокортексом. Об этом они рассказали в журнале Science.
Считается, что специфичный для человека ген ARHGAP11B необходим для усиленного развития неокортекса, которое, как полагают, связано с мощными когнитивными навыками человека. Он обильно экспрессируется в клетках радиальной глии, которая дает начало нейронам неокортекса, и стимулирует их пролиферацию. Подсадка гена ARHGAP11B мышам и хорькам приводит к слишком интенсивному, для этих далеких от человека и других приматов животных, развитию неокортекса. Но что произойдет, если подсадить ARHGAP11B нашим ближайшим родственникам – обезьянам?
Исследователи из Германии и Японии выполнили сложнейший эксперимент по редактированию генома обезьяны-мармозетки. С помощью лентивирусного вектора они вставили в геном мармозетки человеческий ген ARHGAP11B вместе с человеческим же промотором, при этом интеграция гена происходила в случайных участках генома. По этическим соображениям ученые приняли решение остановить развитие генно-модифицированных обезьян на внутриутробном этапе и изучить влияние ARHGAP11B на развитие неокортекса на эмбрионах. Они извлекли зародыши мармозетки на 101 дне внутриутробного развития (беременность у мармозеток длится приблизительно 150 дней) – на этом этапе степень развития мозга обезьяны примерно соответствует развитию человеческого мозга на 16 неделе беременности.
У тех обезьян, у которых вставка ARHGAP11B произошла успешно, концентрация мРНК, считанных с ARHGAP11B, примерно соответствовала таковой у зародыша человека. Как и у человека, наиболее активно этот ген экспрессировался в тех участках мозга, в которых находятся клетки-предшественники нейронов неокортека (клетки радиальной глии). Размеры и толщина неокортекса у этих животных были, по меркам их вида, выше нормы. Кроме того, на нем присутствовали борозды, в отличие от обычных мармозеток, имеющих гладкий мозг.
Окрашивание антителами на белки, специфичные для разных популяций клеток мозга, показало, что у мармозеток со вставкой ARHGAP11B происходила активная пролиферация клеток радиальной глии, которые и экспрессировали ARHGAP11B на наиболее высоком уровне. Именно за счет делений этих клеток размеры и бороздчатость неокортекса у обезьян были повышены по сравнению с животными дикого типа.
Авторы работы полагают, что именно ген ARHGAP11B связан с появлением у человека в ходе эволюции сильно развитого и структурно усложненного неокортекса.
Текст: Елизавета Минина