Изменения, происходящие «на молекулярном уровне» в процессе развития мозга, очень похожи у разных групп приматов

Ученые из Сколтеха совместно с учеными из Китая изучили процесс регуляции работы генов в префронтальной коре головного мозга у человека, макаки и шимпанзе на разных стадиях развития: от новорожденных до зрелых особей. 

Для изучения работы генов ученые выбрали один из самых интересных процессов, происходящих в наших клетках, – альтернативный сплайсинг (процесс, при котором куски продуктов одного и того же гена по-разному соединяются друг с другом, образуя в итоге разные варианты молекулы матричной РНК, непосредственно кодирующей белок). Таким образом, альтернативный сплайсинг может позволить одному гену кодировать несколько различных белков. По современным представлениям, альтернативному сплайсингу подвергается 95% всех генов у млекопитающих, в части случаев это приводит к появлению альтернативных белков.

Предыдущие исследования показали, что для многих генов альтернативный сплайсинг меняется, как при нормальном развитии, так и в результате болезни, и эти изменения играют важную роль в работе организма. Другие исследования показали, что альтернативный сплайсинг быстро меняется в ходе эволюции. Если сравнивать альтернативный сплайсинг в разных тканях одного организма и в одной и той же ткани у разных видов, то различий в первом случае, как ни странно, будет меньше.

Эти два наблюдения ставят новый интересный вопрос: может ли альтернативный сплайсинг нести в себе важные функции, если он так быстро эволюционирует? Ученые привыкли, что механизмы, отвечающие за самые важные процессы в нашем организме, эволюционируют медленно и крайне консервативны на протяжении миллионов лет: они слишком важны, чтобы меняться.

В своем последнем исследовании ученые из Сколтеха и Шанхайского университета проанализировали альтернативный сплайсинг на выборке из 168 образцов мозга людей, шимпанзе и макак-резус. Исследовалась префронтальная кора головного мозга – самая загадочная часть коры больших полушарий, отвечающая за сложную мыслительную активность, например, за составление планов действий и принятие решений.

Ученых интересовало, как меняется альтернативный сплайсинг в процессе развития живого организма. Ведь, может быть, именно выбор альтернативного варианта того или иного белка отвечает за отличия между человеком и обезьяной?

Выяснилось, что отличий в сплайсинге между отдельными видами гораздо больше, чем отличий между различными стадиями развития. Однако, хотя изменения в ходе развития происходят не так часто, они очень консервативны во всех трех изученных видах. Ученым удалось обнаружить мутации, объясняющие большинство сильных межвидовых отличий сплайсинга, и определить более двадцати белков, регулирующих его возрастные изменения.

Интересно, что, несмотря на высокую консервативность альтернативного сплайсинга, продемонстрированную учеными, у человека было обнаружено больше возрастных изменений альтернативного сплайсинга, по сравнению с другими приматами.

Михаил Гельфанд, профессор Сколтеха: «Известно, что человек, по сравнению с другими приматами, рождается на свет недоношенным. Можно предположить, что специфические для человека варианты, которые мы наблюдаем, характерны для более ранних этапов формирования мозга и вносят вклад в пластичность мозга, характерную для человека».

«Альтернативный сплайсинг считается очень важным механизмом, играющим ключевую роль в развитии нервной системы. Нам было интересно, может ли он так сильно меняться от вида к виду, как было показано в более ранних исследованиях? Похоже, что на самом деле важная часть сплайсинга меняется вовсе не так быстро, как казалось ранее!» – рассказывает первый автор исследования, научный сотрудник Сколтеха Павел Мазин.

Результаты исследования опубликованы в журнале RNA.

Сколтех

157 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше