Ученые из Германии обнаружили, что стволовые клетки в развивающемся мозге современных людей дольше делятся и совершают меньше ошибок при распределении своих хромосом по дочерним клеткам по сравнению с клетками неандертальцев, сообщает Институт молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка. Результаты исследования появились в журнале Science Advances.
После того как предки современного человека отделились от предков неандертальцев и денисовцев, у них изменились около сотни аминокислот – строительных блоков белков в клетках и тканях. Эти изменения распространились почти на всех современных людей, но их биологическое значение в значительной степени неизвестно. Однако шесть из этих аминокислотных замен произошли в трех белках, играющих ключевую роль в распределении хромосом, носителей генетической информации, между двумя дочерними клетками во время клеточного деления.
Чтобы исследовать значение этих шести изменений для развития неокортекса (новых областей коры головного мозга), ученые использовали мышей в качестве модели развивающегося мозга современного человека. У мышей такие же шесть аминокислот, как у неандертальцев – и ученые внесли изменения в клетки мышей, чтобы они стали похожи на клетки современного человека. В результате обнаружилось, что три аминокислоты в «человеческой модели» в двух белках вызывают более длительную метафазу – фазу, в которой хромосомы готовятся к клеточному делению, – и это сокращает число ошибок, которые могут возникнуть, когда хромосомы распределяются между дочерними клетками нервных стволовых клеток.
Затем исследователи ввели наследственные аминокислоты неандертальца в органоиды человеческого мозга — миниатюрные органоподобные структуры, которые можно выращивать из стволовых клеток человека в лаборатории и которые имитируют аспекты раннего развития человеческого мозга. В этом случае метафаза стала короче, а ошибок в распределении хромосом – больше. По словам авторов работы, это показывает, что три замены аминокислот современного человека в белках, известных как KIF18a и KNL1, ответственны за меньшее количество ошибок в распределении хромосом – по сравнению с моделями неандертальцев и шимпанзе.
«Наше исследование предполагает, что некоторые аспекты эволюции и функционирования мозга современного человека могут не зависеть от размера мозга, поскольку у неандертальцев и современных людей мозг одинакового размера. Полученные данные также свидетельствуют о том, что хромосомные ошибки могли больше повлиять на работу мозга неандертальцев, чем у современных людей», — заключает Виланд Хаттнер, один из руководителей исследования. И добавляет, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, влияет ли снижение частоты ошибок на черты современного человека, связанные с работой мозга.
[Фото: Felipe Mora-Bermúdez / MPI-CBG]
