Немецкие ученые исследовали различия белков, участвующих в делении клеток у современного человека и тех, что были у нашего ближайшего родственника — неандертальца. Оказалось, митоз стволовых клеток мозга вымерших гоминид происходил быстрее, но с большим количеством ошибок при расхождении хромосом.
Эволюционные пути предков современного человека (Homo sapiens) и неандертальцев (Homo neanderthalensis) разошлись примерно полмиллиона лет назад. За это время в нашем геноме накопилось немало изменений — согласно оценкам, Homo sapiens отличается от вымершего гоминида (своего ближайшего родственника) примерно 100 аминокислотными остатками в различных белках.
Биологическое значение этих изменений пока плохо понятно, однако с частью из них разобрались немецкие исследователи, авторы новой статьи в журнале Science Advances. Они обратили внимание на шесть мутаций — те, что затрагивают три белка, управляющих работой кинетохор (части хромосом, которая крепится к веретену деления) и расхождением хромосом при митозе. Это белки KIF18a, KNL1 и SPAG5, активно синтезирующиеся в стволовых клетках при образовании коры больших полушарий, а точнее — неокортекса. Именно эта часть мозга отвечает за такие сложные функции, как восприятие сенсорных сигналов, мышление, речь и прочее.
Появление семейства гоминид антропологи связывают как раз с резким усложнением мозга, а также прямохождением и особенностями кисти — это так называемая гоминидная триада. Судя по изученным черепам, неандерталец имел мозг, сравнимый по размеру с таковым у человека — единственного ныне живущего гоминида. Однако важные различия все же были — чтобы это выяснить, исследователям пришлось «воскресить» некоторые белки неандертальцев.
В первом эксперименте последовательность белков мыши изменили так, чтобы они точно соответствовали белкам Homo sapiens. Вообще, исходно у мышей они идентичны тем, что были у неандертальцев и до сих пор есть у человекообразных обезьян. Для получения трансгенных грызунов использовали технологию генного редактирования CRISPR/Cas9: она позволила создать так называемых гуманизированных мышей, то есть имеющих человеческие белки.
«Мы обнаружили, что все три аминокислотных остатка у современного человека в двух из этих белков связаны с более длительной метафазой — фазой, когда идет подготовка хромосом к клеточному делению, что приводит к меньшему числу ошибок при их распределении по дочерним клеткам, стволовым нервным клеткам — совсем как это происходит у современных людей», — объяснил Фелипе Мора-Бермудес (Felipe Mora-Bermudez), руководитель научного коллектива.
Далее ученые выяснили, оказывает ли введение неандертальских белков в клетки современного человека обратный эффект. Выращивать ребенка-мутанта они, разумеется, не стали — вместо этого в ход пошли органоиды мозга, так называемые мини-мозги в пробирке. Это небольшое подобие настоящего органа, которое выращивают в биореакторе, используя как основу стволовые клетки. В последнее время «мини-мозги» стали популярным инструментом биомедицинских исследований, ведь они воспроизводят тканевую организацию мозга, в том числе кору больших полушарий.
На сей раз метафаза стала более короткой и ученые заметили больше ошибок при расхождении (сегрегации) хромосом. Авторы предполагают, что три изменения последовательностей белков KIF18a и KNL1 у современных людей снизили число нарушений этого критического для деления клеток и развития мозга процесса. Напомним, что нарушения расхождения хромосом не сулят ничего хорошего — их результатом могут стать трисомия (например, синдром Дауна) или развитие рака.
Похоже, новое исследование выявило новый важный фактор, который помог Homo sapiens одержать верх над конкурентами, создать цивилизацию и преобразить облик всей планеты.
Автор: Михаил Орлов