Исследователи из Германии провели серию экспериментов на мышах и органоидах человеческого мозга и показали, что во время развития мозга у современного человека в лобной доле образуется больше нейронов, чем у неандертальцев. Это связано с одной мутацией белка TKTL1, которая могла поспособствовать в эволюционном успехе человека, сообщает Институт молекулярной клеточной биологии и генетики имени Макса Планка. Результаты работы опубликованы в журнале Science.
Белок TKTL1 стимулирует нейрогенез, или производство нейронов, в мозге. Вариант этого белка, который встречается у современного человека, отличается от неандертальского варианта только одной аминокислотой: у современных людей TKTL1 содержит аргинин, тогда как у неандертальского в TKTL1 вместо него был лизин. Благодаря этой мутации белок увеличивает количество одного типа клетки – радиальной глии – в мозге современного человека.
Клетки радиальной глии создают большинство нейронов в развивающемся неокортексе – важной части мозга, которая отвечает за многие когнитивные процессы (такие как мышление, речь, сенсорное восприятие). Поскольку активность TKTL1 особенно высока в лобной доле головного мозга эмбриона, исследователи пришли к выводу, что эта единственная специфичная замена в TKTL1 лежит в основе большего производства нейронов в развивающейся лобной доле неокортекса у современных людей – по сравнению с неандертальцами.
Ученые проверили гипотезу в экспериментах. В первом они ввели в неокортекс эмбрионов мыши два разных варианта белка TKTL1 – в одном случае вариант современного человека, в другом – неандертальца. Они заметили, что радиальные глиальные клетки увеличивались у мышей с первым вариантом. Как следствие, мозг эмбрионов мышей с TKTL1 современного человека содержал больше нейронов.
Во втором эксперименте биологи использовали органоиды человеческого мозга — миниатюрные структуры, которые можно выращивать из стволовых клеток человека в лаборатории и которые имитируют свойства человеческого мозга. Ученые заменили аргинин в TKTL1 современного человека на лизин. Результаты показали, что с аминокислотой неандертальского типа в TKTL1 производилось меньше радиальных глиальных клеток, по сравнению с типом белка современного человека, и, соответственно, меньше нейронов.
[Фото: PINSON ET AL., SCIENCE 2022 / MPI-CBG]
