До сих пор исследователи, которые интересовались устройством мозга неандертальца, в прямом смысле изучали «пустоту». Ведь они могли анализировать лишь мозговые полости ископаемых черепов, делая на основе этих результатов выводы об их содержимом. Сейчас в распоряжении ученых находится ДНК, выделенная из ископаемых останков. А если добавить к этому современные технологии редактирования генома и выращивания мозговых органоидов... Результаты этих поразительных работ еще даже не опубликованы, но узнать о них стало возможно из докладов на симпозиуме Imagination and Human Origins, состоявшемся в начале июня 2018 г. в Институте биологических исследований Солка (Сан-Диего, США)
Как известно, все огромное разнообразие клеток тела человека происходит из одной-единственной клетки, возникшей после оплодотворения яйцеклетки. Продолжатели ее дела – плюрипотентные стволовые клетки, которые дают начало самым разным органам и тканям на стадии эмбрионального развития нашего организма.
Современные клеточные технологии позволяют вырастить из таких «многопотенциальных» клеток трехмерные структуры, напоминающие тот или иной орган, за что последние и назвали органоидами. Чтобы вырастить мозговые органоиды, стволовые клетки превращают в клетки-предшественники нервной ткани, которые культивируют в особых условиях, благодаря чему они формируют мозгоподобную структуру. Правда, при работе с человеческим материалом сейчас используют не клетки эмбриона, а обычные соматические клетки организма, возвращая их путем репрограммирования в «детство».
Но американские ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) не просто вырастили в «пробирке» очередной мозговой органоид, использовав клетки кожи здорового человека без генетических дефектов, связанных с неврологическими расстройствами. С помощью метода редактирования генома CRISPR/Cas они изменили в клетках-прародительницах наследственность, а конкретнее, – один ген NOVA1, играющий важную роль в раннем развитии мозга. Белок, который кодирует этот ген, участвует в процессах сплайсинга – «созревания» функциональной матричной РНК, которая служит основой для белкового синтеза. Таким образом, этот ген влияет на синтез многих других белков, а нарушения в его работе могут провоцировать развитие аутизма и шизофрении.
Заменив всего одну пару нуклеотидных оснований в последовательности NOVA1, ученые превратили его в соответствующий ген неандертальца! Когда органоиды, несущие неандертальский ген, выросли, их сравнили с контрольными органоидами, выращенными из не модифицированных клеток. Оказалось, что нейроны, в которых заработал неандертальский ген, быстрее мигрировали в пределах органоида, за счет чего этот последний приобретал не обычную сферическую, а «пузырчатую» форму, напоминающую зерна воздушной кукурузы. Как причина, так и значение этого явления пока непонятны. Более важным отличием стал тот факт, что нейроны «неандертальца» формировали меньше синаптических связей – это похоже на картину, которая наблюдается в мозге детей-аутистов.
Ученые подчеркивают, что они не собираются сравнивать аутичных детей с неандертальцами. Речь идет о том, что поскольку сегодня подобные морфофункциональные изменения нервной системы связаны с трудностями социализации, то не исключено, что аналогичные проблемы стояли и перед этими первобытными людьми. Может быть, именно одна-единственная мутация в NOVA1 и определила то характерное для хомо сапиенса социальное поведение, которое стало эволюционным преимуществом человека современного физического типа.
Понравился материал? Не забудьте поставить лайк и подписаться!
Фото: «Органоид» мозга, полученный из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Из статьи М. А. Лагарьковой «Клеточная экзотика в России»