Из-за замены одной аминокислоты в нашем мозге больше нейронов, чем было у неандертальцев

Изменение строения мозга считается основным фактором развития когнитивных способностей, происходившего в процессе эволюции человека разумного (Homo sapiens). При этом сравнение размеров мозга наших ближайших вымерших родственников неандертальцев (Homo neanderthalensis) и современных людей не выявило каких-либо различий. Однако о разнице в количестве нейронов, которое также вносит вклад в когнитивные способности, до сих пор ничего не было известно.

Теперь исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка (Германия) обнаружили, что белок TKTL1, который у нас и неандертальцев отличается всего одной аминокислотой, влияет на количество радиальной глии. Эти клетки представляют собой предшественников нейронов развивающегося неокортекса (верхнего и самого «эволюционно-нового» слоя коры больших полушарий).

Активность каталитического фермента TKTL1 — транскетолаза-подобного белка 1 — оказалась особенно высока в лобной доле коры плода человека, именно там он вносит вклад в образование большего числа клеток радиально глии. У нас этот белок содержит аминокислоту аргинин, вместо которой у неандертальцев был лизин. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

В ходе экспериментов ученые сравнили как две версии TKTL1 влияли на производство нейронов в неокортексе эмбриона мыши. Они заметили, что число радиальных глиальных клеток, увеличивалось у зародышей с TKTL1 человека разумного, но не с неандертальской версией этого белка. Как следствие, мозг взрослых мышей с аргинин-содержащим TKTL1 имел больше нейронов.

После этого исследователи изучили актуальность этих эффектов при развитии человеческого мозга. С этой целью они заменили аргинин на лизин в TKTL1 органоидов человеческого мозга — миниатюрных структурах, имитирующих строение различных органов. На этой модели ученые смогли еще раз подтвердить свою гипотезу.

Хотя мы и не можем точно узнать, сколько нейронов было в мозгах неандертальцев, на основе полученных данных можно заключить, что у человека разумного вероятно больше нейронов в лобной доле мозга, где активность TKTL1 наиболее высока. Этот белок влияет на метаболизм клеток, в частности, стимулирует пентозофосфатный путь окисления глюкозы и усиливает синтез жирных кислот, что в свою очередь повышает производство определенных мембранных липидов, необходимых для деления и роста клеток радиальной глии.