Китайские биологи определили ген, который не участвует в кодировании белков даже у наших ближайших родственников. Такую задачу он выполняет только у человека, стимулируя рост коры больших полушарий.
Подавляющее большинство генов кодируют молекулы матричной РНК, на которых синтезируются белки. Однако некоторые гены служат основой для производства РНК, которая в белки не превращается. Такие молекулы могут выполнять самые разные функции. Например, длинные некодирующие РНК (lncRNA) так и остаются в клеточном ядре и участвуют в регуляции работы других генов. Новая работа ученых из Пекинского университета показала, что такие молекулы сыграли важную роль в появлении нашего вида, определяя развитие большого мозга. Статья об этом опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.
По мере эволюции того или иного вида обычные гены, кодирующие белки, способны менять специализацию и переходить к lncRNA и наоборот. Такие переходы могут влиять на тонкую настройку генома, меняя степень и время активности различных генов. ДНК человека очень мало отличается от ДНК ближайших родственников, и считается, что именно эти настройки определяют то, что делает человека человеком.
Группа китайских биологов во главе Чуань-Юнь Ли (Chuan-Yun Li) использовала открытые базы данных геномов, чтобы сравнить ДНК человека, шимпанзе, бонобо, а также несколько более далеких от человека в эволюционном смысле макак. Ученые обнаружили 29 случаев перехода lncRNA-генов в разряд генов, кодирующих белки, которые произошли с момента отделения нашей эволюционной ветви (высших приматов) от макак. Но еще больше – целых 45 – таких переходов произошли позднее и стали уникальной особенностью именно человеческого генома.
Один из таких участков привлек особенное внимание исследователей. ENSG00000205704 проявляет активность в нейронах головного мозга и кодирует короткий (всего 107 аминокислотных оснований) пептид, который обнаруживается как в клеточном ядре, так и в цитоплазме. Чтобы выяснить его функцию, ученые поставили эксперименты со стволовыми клетками, у которых работа ENSG00000205704 была либо подавлена, либо, наоборот, усилена сверх нормы. Выращивая такие клетки in vitro, «в пробирке», их затем стимулировали развиваться в зрелые нейроны.
Обнаружилось, что высокая активность ENSG00000205704 задерживает созревание нейронов. Благодаря этому они успевают пройти больше циклов деления, и в результате образуется больше взрослых нервных клеток. И наоборот, делеция (потеря участка хромосомы) ENSG00000205704 приводит к быстрому созреванию и появлению лишь небольшого числа нейронов. Эти выводы подтвердили и эксперименты in vivo, поставленные на лабораторных мышах. Внеся ENSG00000205704 в геном животных, ученые показали, что их неокортекс вырастает больше обычного.
Таким образом, переход ENSG00000205704 от регуляторных функций к кодирующим можно назвать одним из факторов, который определил развитие нашего вида. Его активность стимулирует рост крупного мозга, и прежде всего – неокортекса, который едва развит у низших млекопитающих, и только у человека составляет основную часть коры больших полушарий. Напомним, что ранее были найдены другие гены, которые также уникальны для нашего вида и стимулируют рост мозга во всем его объеме.