Людський мозок — одна з найскладніших структур у природі, яка відрізняє наш вид від усіх інших. Розуміння того, як він еволюціонував, залишається одним із найзахопливіших питань науки. Нове дослідження Єльського університету пропонує свіжий погляд на цю таємницю, вивчаючи конкретні генетичні зміни, що вплинули на розвиток мозку. Вивчаючи клас генетичних регуляторів, відомих як людські прискорені регіони (HARs), вчені з’ясували, як ці послідовності тонко налаштовують експресію генів. Отримані результати кидають виклик попереднім уявленням і виявляють набагато складніший механізм. Це дослідження не лише поглиблює знання про еволюцію людини, а й проливає світло на стани, пов’язані з роботою мозку, зокрема аутизм і шизофренію. Роль людських прискорених регіонів HARs — це ділянки ДНК, що еволюціонували набагато швидше у людей, ніж в інших видів. Вони регулюють активність генів, визначаючи, коли, де та в якій кількості ці гени експресуються. Науковці давно підозрювали, що HARs відіграли ключову роль у формуванні людського мозку, але їх точний вплив залишався незрозумілим. Попередні дослідження припускали, що HARs можуть керувати різними генами у людей і шимпанзе, наших найближчих приматних родичів. Однак нове дослідження малює іншу картину. Замість зміни набору керованих генів, HARs, схоже, регулюють активність уже існуючих генів, впливаючи на формування, ріст і взаємодію нейронів. Цей тонкий, але потужний механізм, ймовірно, сприяв розвитку унікальних когнітивних здібностей людини. Генетичні взаємодії в мозку людини Щоб зрозуміти вплив HARs, дослідницька група застосувала передові методи для вивчення їхньої взаємодії з генами та нейрональними стовбуровими клітинами. Дослідження очолив Джеймс Нунан, професор генетики в Єльській медичній школі. «Результати показують, що HARs здебільшого регулюють ті самі гени у людей і шимпанзе, особливо ті, що відповідають за розвиток мозку. Однак HARs змінюють рівні експресії генів у людей, що свідчить про те, що еволюційні зміни функцій мозку виникли не через створення нових генетичних шляхів, а через коригування їхньої роботи», — пояснив Нунан. Еволюція мозку відбувалася через тонке налаштування експресії генів, а не через створення нових шляхів. Це відкриття кидає виклик давнім теоріям і відкриває нові напрями досліджень. Визначення цільових генів Розуміння того, які гени регулюються HARs, є ключовим для розкриття їхньої ролі в еволюції. Раніше вчені могли визначити цільові гени лише для невеликої частки HARs — від 7 до 21%. Це обмеження виникало через технологічні труднощі. Попередні дослідження використовували менш точні методи, через що складно було точно визначити, які гени контролюються HARs. Картографування людського мозку Щоб подолати ці труднощі, команда Єльського університету застосувала інноваційний метод тривимірного картографування геному. Цей підхід дозволив їм відстежити взаємодію HARs з генами в нейрональних стовбурових клітинах людини та шимпанзе. Завдяки цьому дослідники змогли ідентифікувати цільові гени майже для 90% усіх HARs — значний прорив у цій галузі. «Отримавши повнішу картину, тепер відкривається величезне поле для подальших досліджень», — зазначив Атрейо Пал, аспірант генетики Єльського університету та перший автор дослідження. Ранній розвиток мозку і психічне здоров’я Багато генів, що регулюються HARs, активні на ранніх етапах розвитку мозку. Вони впливають на формування нейронів, спрямовують їхній ріст і забезпечують правильну комунікацію між клітинами мозку. Деякі гени, контрольовані HARs, пов’язані з такими неврологічними розладами, як аутизм і шизофренія. Це свідчить про те, що, хоча HARs відіграли ключову роль в еволюції людського мозку, вони також могли сприяти розвитку психічних порушень. «Наші результати показують, що цільові гени HARs експресуються в певних клітинних типах у мозку, зокрема в тих, що могли сприяти збільшенню його розміру», — додав Пал. Нові можливості для досліджень Відкриття додаткових цільових генів HARs знаменує собою поворотний момент у вивченні еволюції людини. Тепер у науковців є чіткіше уявлення про те, як генетичні зміни впливали на розвиток мозку. «Раніше ми не знали, які гени контролюються HARs або які їхні біологічні функції. У нас не було повної картини. Тепер це відкриває нові можливості для розуміння, як HARs вплинули на еволюцію мозку», — підкреслив Нунан. Завдяки новим методам і розширеній базі знань дослідники зможуть глибше вивчити питання людського інтелекту, функціонування мозку та генетичних механізмів, що сформували наш вид. Це дослідження є важливим кроком до розкриття генетичного коду, який зробив нас унікальною біологічною істотою. Дослідження опубліковано в журналі Cell.