Немецкие и японские исследователи экспериментально подтвердили функциональную роль специфического для человека гена ARHGAP11B в формировании сложного и сильно развитого неокортекса. Подсадка гена ARHGAP11B обезьяне-мармозетке привела к выраженному увеличению размеров неокортекса и усложнению его бороздчатой структуры. Авторы работы полагают, что именно этому гену человек обязан своим бороздчатым неокортексом. Об этом они рассказали в журнале Science.
Считается, что специфичный для человека ген ARHGAP11B необходим для усиленного развития неокортекса, которое, как полагают, связано с мощными когнитивными навыками человека. Он обильно экспрессируется в клетках радиальной глии, которая дает начало нейронам неокортекса, и стимулирует их пролиферацию. Подсадка гена ARHGAP11B мышам и хорькам приводит к слишком интенсивному, для этих далеких от человека и других приматов животных, развитию неокортекса. Но что произойдет, если подсадить ARHGAP11B нашим ближайшим родственникам – обезьянам?
Исследователи из Германии и Японии выполнили сложнейший эксперимент по редактированию генома обезьяны-мармозетки. С помощью лентивирусного вектора они вставили в геном мармозетки человеческий ген ARHGAP11B вместе с человеческим же промотором, при этом интеграция гена происходила в случайных участках генома. По этическим соображениям ученые приняли решение остановить развитие генно-модифицированных обезьян на внутриутробном этапе и изучить влияние ARHGAP11B на развитие неокортекса на эмбрионах. Они извлекли зародыши мармозетки на 101 дне внутриутробного развития (беременность у мармозеток длится приблизительно 150 дней) – на этом этапе степень развития мозга обезьяны примерно соответствует развитию человеческого мозга на 16 неделе беременности.
У тех обезьян, у которых вставка ARHGAP11B произошла успешно, концентрация мРНК, считанных с ARHGAP11B, примерно соответствовала таковой у зародыша человека. Как и у человека, наиболее активно этот ген экспрессировался в тех участках мозга, в которых находятся клетки-предшественники нейронов неокортека (клетки радиальной глии). Размеры и толщина неокортекса у этих животных были, по меркам их вида, выше нормы. Кроме того, на нем присутствовали борозды, в отличие от обычных мармозеток, имеющих гладкий мозг.
Окрашивание антителами на белки, специфичные для разных популяций клеток мозга, показало, что у мармозеток со вставкой ARHGAP11B происходила активная пролиферация клеток радиальной глии, которые и экспрессировали ARHGAP11B на наиболее высоком уровне. Именно за счет делений этих клеток размеры и бороздчатость неокортекса у обезьян были повышены по сравнению с животными дикого типа.
Авторы работы полагают, что именно ген ARHGAP11B связан с появлением у человека в ходе эволюции сильно развитого и структурно усложненного неокортекса.
Текст: Елизавета Минина
Human-specific ARHGAP11B increases size and folding of primate neocortex in the fetal marmoset by Michael Heide, Christiane Haffner, Ayako Murayama, Yoko Kurotaki, Haruka Shinohara, Hideyuki Okano, Erika Sasaki, Wieland B. Huttner in Science, 2020, eabb2401.
DOI: 10.1126/science.abb2401
