Биологи вырастили зародыш мартышки с более «человеческой» корой мозга — Naked Science
9 минут
Мария Азарова

Биологи вырастили зародыш мартышки с более «человеческой» корой мозга

4.1

Ученые использовали уникальный человеческий ген ARHGAP11B, который встроили в геном оплодотворенных яйцеклеток мартышек-игрунок. В результате они получили зародыши приматов, у которых неокортекс был толще и обладал большим числом борозд и складок.

Мозг мартышки
Мозг мартышки с человеческим геном ARHGAP11B / © Heide et al. / MPI-CBG

Увеличение мозга человека происходило в процессе эволюции и было связано с нашими когнитивными способностями, такими как мышление и развитие речи. Ген ARHGAP11B, который обнаружен только у людей, известен своей ролью в расширении неокортекса — “новой коры” головного мозга, которая состоит из многочисленных складок и борозд, разделенных на правое и левое полушария, и отвечает за более развитые нервные функции — речь, сенсорное восприятие, выполнение моторных команд и осознанное мышление. 

ARHGAP11B мы получили около пяти миллионов лет назад — вскоре после того, как произошел “эволюционный раскол” между шимпанзе и предками современного человека. Этот ген возник в результате мутации, когда другой ген — ARHGAP11A — был скопирован или продублирован. Однако версия ARHGAP11B, известная как «наследственная версия B”, — не та, что есть у людей сегодня. Ученые считают, что впоследствии произошла еще одна мутация, которая создала специфичный для человека ген. Именно его и использовали в своих экспериментах ученые из Института молекулярной клеточной биологии имени Макса Планка, о которых рассказывается в журнале Science.

«Эта специфичная последовательность крайне необходима для способности гена усиливать соответствующие стволовые клетки мозга в процессе развития», — говорит Виланд Хаттнер, один из авторов статьи. Биологи вырастили зародыши мартышек-игрунок с изначально встроенным геном ARHGAP11B. Сделано это было при помощи лентивируса, который обладает способностью доставлять значительное количество генетического материала в клетку хозяина и реплицироваться в неделящихся клетках.

В рассматриваемом случае лентивирус как раз содержал ARHGAP11B, а также белковый маркер, который позволил ученым увидеть, где именно экспрессируется этот ген. Так, на 101-й день развития эмбриона (за 50-й дней до рождения животного) неокортекс приматов стал больше, толще, имел больше складок и борозд по сравнению с корой мозга обычных, не трансгенных мартышек.

Мозг мартышки
Мозг обычной дикой мартышки и ее трансгенного сородича с увеличенным неокортексом / © Heide et al. / MPI-CBG

Предыдущие исследования уже демонстрировали аналогичные результаты у трансгенных мышей и хорьков. Однако использование этих животных моделей не означало, что встроенный ген будет экспрессироваться у них так же, как у людей. Поэтому авторы новой работы решили провести опыт на организме, который был бы тесно связан с человеком.

“Мы думали, что мартышка будет лучшей моделью, потому что неокортекс макаки имеет много особенностей, которые он разделяет с нашим большим и сложным неокортексом. <…> Мы ограничились опытами на зародышах, так как не смогли бы предсказать последствия от включения этого гена и их влияния на постнатальное развитие обезьян, а это критически важно с этической точки зрения. Как мы и ожидали, его активация заметно изменила развитие коры мозга игрунок”, — добавляет Хутнер.

Полушарие головного мозг 101-дневного зародыша трансгенной мартышки в разрезе.
Стрелки указывают на борозду и извилину / © Heide et al. / MPI-CBG

Также исследование продемонстрировало, что добавленный ген, помимо увеличения размера и количества складок в неокортексе, контролирует выработку определенных нейронов, которые развиваются позже и важны для обработки информации более высокого порядка.

«Есть целый список генов, которые, по нашему мнению, могут играть роль в том, что делает нас уникальными. Однако крайне редко мы могли доказать, что именно они являются участниками этого процесса. Новое исследование действительно выводит ARHGAP11B на вершину списка. Это ген, который вполне может быть важен для развития человеческого мозга», — отмечают авторы работы.

Помимо этого, изучение роли ARHGAP11B может быть важно для понимания таких болезней, как шизофрения, умственная отсталость или эпилепсия. А мозг, который развивается слишком большим (макроцефалия), становится причиной ряда неврологических и поведенческих расстройств, включая аутизм. Более детальное понимание уникальных человеческих генов, таких как ARHGAP11B, поможет в разработке новых видов терапии. Также биологи предполагают, что этот ген может быть полезен и для выращивания стволовых клеток.

Однако идея использовать ARHGAP11B или другие подобные ему в опытах по изменению структуры и функций человеческого мозга вызывает множество этических вопросов. «Вы должны быть очень осторожны, — подчеркивает Хутнер. — Если вы проводите генетические манипуляции на людях, то можете делать это только в том случае, если хотите вылечить заболевание, в основе которого лежит патологическая мутация. <…> Но пытаться «улучшить» людей нельзя».

Ранее нейробиологи смоделировали эмбриональное развитие мозга и обнаружили мозговой центр глубокого подавления боли. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сегодня, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

Позавчера, 18:46
4 минуты
Денис Гордеев

Исследователи рассказали, где безопаснее всего сидеть и что может снизить вероятность заражения при встрече с друзьями.

8 часов назад
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые разработали модель, которая позволяет высчитать скорость изменения горного ландшафта. С ее помощью удалось установить, что среднегодовое количество осадков влияет на эрозию пород и может деформировать горы.

Сегодня, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

16 октября
6 минут
Василий Парфенов

Несмотря на устоявшееся мнение, согласно которому газотурбинные двигатели (ГТД) почти достигли технологического совершенства и прироста характеристик более чем на единицы процентов в новых моделях ждать не стоит, инженеры продолжают искать способы радикально их улучшить. Компания GE Aviation уже до конца 2020 года собирается представить предсерийные экземпляры своих революционных силовых установок, которые должны быть на 20% долговечнее, на 35% экономичнее и будут иметь улучшенную на 80% энерговооруженность, чем предыдущие аналогичные модели.

Позавчера, 18:46
4 минуты
Денис Гордеев

Исследователи рассказали, где безопаснее всего сидеть и что может снизить вероятность заражения при встрече с друзьями.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: