В мозге у мышиных эмбрионов не работает молекулярный регулятор, помогающий стволовым клеткам активнее делиться.
Общее правило эволюции млекопитающих — это увеличение мозга. Однако нет правил без исключений: у некоторых групп зверей мозг вторично уменьшился. Например, у широконосых обезьян (или обезьян Нового света) и у грызунов мозг меньше, чем у предковых форм. То есть если восстановить эволюционную историю мышей, крыс и пр., их мозг должен быть больше, чем он есть сейчас — а он на самом деле меньше, причём настолько меньше, что кора полушарий у него гладкая, без борозд и извилин.
Если понять, почему у некоторых зверей мозг вторично уменьшился, это поможет выяснить другой вопрос: почему у млекопитающих мозг вообще увеличивался. Речь здесь идёт о молекулярно-генетических механизмах, которые оказались чувствительны к естественному отбору, благоприятствовавшему более «мозговитым» особям. Более крупный мозг означает, что в нём больше клеток, а если в нём больше клеток, значит, стволовые клетки, которые дают начало мозгу, во время эмбрионального развития работают особенно активно. Деление стволовых клеток и превращение их в специализированные клетки той или иной ткани зависит от определённых молекулярных сигналов. Эти сигнальные цепочки известны, и в таком случае можно поискать, что мешает им работать в развивающемся мозге у грызунов.
Исследователи из Высшего совета по научным исследованиям Испании пишут в Science Advances, что мозг у мышей уменьшился в эволюции оттого, что у них перестала работать регуляторная молекула MIR3607. Это одна из микрорегуляторных РНК (микроРНК) — так называют небольшие молекулы РНК, которые не кодируют никаких белков, но которые зато могут связываться с другими, большими белок-кодирующими РНК, тем самым заставляя их молчать. Заставить молчать в данном случае означает, что на «белковой» РНК, с которой связалась микроРНК, не могут работать белок-синтезирующие машины; белок не синтезируется, да и сама большая РНК довольно быстро распадается.
МикроРНК MIR3607 закодирована в ДНК, и её ген очень консервативен среди млекопитающих: последовательности MIR3607 у макак, людей, хорьков и мышей мало отличаются друг от друга. MIR3607 регулирует сигнальную цепочку, которая во время эмбрионального развития заставляет разрастаться кору мозга. Однако хотя у мышей и есть MIR3607, она у них не работает, то есть её ген неактивен, MIR3607 не появляется в клетках. Но если ген MIR3607 искусственно включить в мышином эмбрионе, в его мозге станет больше стволовых клеток, которые в перспективе должны дать зрелые нейроны. То же самое происходит и с человеческим мозговым органоидом — микроскопическим комплексом клеток, которые растут в питательной среде, формируя фрагмент мозга. Если MIR3607 в органоиде дополнительно активировали, стволовые клетки в нём делились сильнее.
Очевидно, микроРНК MIR3607 не даёт синтезироваться какому-то белку, который подавляет активность стволовых клеток. По какой-то причине грызунам в ходе эволюции понадобилось уменьшить свой мозг, и MIR3607 у них отключилась вообще (причины, кстати, могут быть разные; например, человеческий мозг тоже немного уменьшился — как считается, из-за развитой социальной жизни). Скорее всего, с MIR3607 связано и уменьшение мозга у широконосых обезьян, хотя это ещё предстоит проверить.
Механизмы, управляющие размером мозга у зверей, изучают давно, и уже ясно, что его размер зависит от многих генов. Однако в большинстве случаев в таких исследованиях в первую очередь обращают внимание на «белковые» гены — то есть такие, которые кодируют белки, регулирующие активность других генов и белков. В случае MIR3607 становится понятно, что не стоит пренебрегать «небелковыми» генами, кодирующими служебные молекулы РНК, притом что роль таких РНК в клетке, как становится всё более понятно в последнее время, чрезвычайно велика.
Автор: Кирилл Стасевич