Международная группа учёных из России, Китая и Германии под руководством профессора Сколтеха Филиппа Хайтовича в 2017 году открыла уникальные особенности работы генов в разных слоях префронтальной коры головного мозга человека по сравнению с мозгом шимпанзе и макаки. Исследователи пришли к выводу, что микроархитектура коры больших полушарий мозга человека претерпела весьма значительные изменения в процессе эволюции несмотря на кажущееся сильное сходство анатомии мозга человека и приматов. Результаты исследования опубликованы в Nature Neuroscience. Мы решили напомнить об этой работе.
Источник: Ph. Khaitovich et al.
Исследование высокой эффективности когнитивных способностей человека – приоритетная задача медицины и нейробиологии. Но как изменилась функциональная организация мозга человека в эволюции, известно мало.
У человека наибольшее развития получила кора больших полушарий, в первую очередь префронтальная кора, которую и исследовали в этой работе. Каждый из её шести слоёв характеризуется особыми функциональной ролью в обработке информации, распределением клеток разного типа и организацией связей между ними. На мышах показано, что работа более 5 000 генов различается от слоя к слою. Но для мозга человека систематического анализа работы генов в разных частях коры больших полушарий ранее не проводилось.
«Данная работа – создание и анализ больших баз данных о молекулах РНК, выделенных из разных слоёв префронтальной коры человека, шимпанзе и макаки – предоставляет ценный ресурс для научного сообщества. Открытие множества новых, человек-специфических, маркёров и переключение экспрессии генов между слоями, характерное для коры больших полушарий человека, стало возможным благодаря использованию высокотехнологичных сравнительно-эволюционных исследований молекулярно-генетических основ когнитивных функций», – говорит Ольга Ефимова, один из первых авторов исследования, сотрудник Сколтеха.
Учёные анализировали РНК в последовательных срезах префронтальной области коры больших полушарий человека, шимпанзе и макаки. В результате нашлось более 2,320 генов – новых маркёров слоёв коры головного мозга, уникальных для человека. При более пристальном их изучении оказалось, что 367 генов человека стали работать совсем в другом слое коры в сравнении с шимпанзе. А у шимпанзе, по сравнению с макакой, подобных генов обнаружено всего 133.
Интересно при этом, что времени с момента эволюционного разделения линии макаки и шимпанзе прошло намного больше, чем с момента разделения шимпанзе и человека, а различия максимальны между транскриптомами шимпанзе и человека. Этот факт говорит о существенной реорганизации микроархитектуры префронтальной коры в процессе эволюции человека.
Такие уникальные особенности работы генов дают большие возможности для разработки новых способов регуляции когнитивных функций человека при нормальном старении и развитии патологий головного мозга.
«Иммуногистохимический анализ показал, что уникальные для человека изменения в экспрессии генов затронули не только нейроны, но и широкий спектр других клеток, например, астроциты и микроглию. Это делает очень актуальными результаты недавних исследований, говорящих о критической роли астроцитов и микроглии в интеграции и хранении информации в мозге», – рассказывает Ольга.
Исследовательская группа Филиппа Хайтовича активно занимается поиском молекулярных механизмов, специфичных для эволюционно новых когнитивных способностей человека через интеграцию данных анализа генома, транскриптома, липидома и метаболома, полученных на образцах современного и древнего человека, а также близких видах млекопитающих: шимпанзе, макак и мышей, в сотрудничестве с международными группами ученых из Китая и Германии.
Текст: пресс-служба Сколтеха
Comprehensive transcriptome analysis of neocortical layers in humans, chimpanzees and macaques by Zhisong He, Dingding Han, Olga Efimova, Patricia Guijarro, Qianhui Yu, Anna Oleksiak, Shasha Jiang, Konstantin Anokhin, Boris Velichkovsky, Stefan Grünewald & Philipp Khaitovich in Nature Neuroscience. Published online April 2017
doi:10.1038/nn.4548
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.
