Группа китайских ученых раскрыла механизм регуляции развития мозговых складок посредством древнего гена, что проливает новый свет на эволюцию человеческого мозга. Эти результаты были недавно опубликованы в журнале Nature Genetics.
Человеческий мозг покрыт сложными складками и бороздами, которые являются одной из важнейших биологических основ для возникновения сложных когнитивных функций человека. Традиционно считалось, что расширение коры головного мозга приматов было обусловлено в первую очередь новыми, эволюционировавшими генами.
Однако исследовательская группа под руководством Ши Лэй, специалиста из Кунминского зоологического института Китайской академии наук, выдвинула альтернативную гипотезу. Согласно этой версии, определенные древние и высококонсервативные гены также могут играть ключевую роль в эволюции человеческого мозга, изменяя уровни их экспрессии через модификации регуляторных элементов.
Команда сравнила транскриптомные данные из различных слоев эмбриональной коры головного мозга мышей, трищобы, мармозетов, макак и людей. Они установили, что древний ген под названием «CCNB1IP1» уже экспрессировался в мозге трищобы, близкого родственника приматов, задолго до появления приматов, но при относительно низком уровне экспрессии.
Далее команда выяснила, что в ходе последующей эволюции уровень экспрессии этого древнего гена демонстрировал четкое поэтапное увеличение среди трищобы, мармозетов, макак и людей, достигая самого высокого уровня в человеческом мозге.
Ши отметил, что «уровень экспрессии этого древнего гена тесно коррелирует со степенью кортикального фолдинга». Он добавил, что у мармозетов, чей мозг гладкий, уровень экспрессии этого гена схож с уровнем у трищобы. В макаках, чей мозг имеет складки, уровень экспрессии значительно повышен, а в человеческом мозге он достигает наивысшего значения.
Кроме того, исследователи идентифицировали ключевую регуляторную последовательность, названную CRE1, которая отвечает за повышение экспрессии CCNB1IP1.
Для проверки функции гена команда создала модель мыши, несущую этот ген. Эксперимент показал, что мыши, которые обычно имеют гладкую кору головного мозга, развили структуры кортикального фолдинга после введения гена. При этом модифицированные мыши продемонстрировали улучшенные способности к обучению и памяти в поведенческих тестах.
Ученые подчеркнули, что данное исследование не только предлагает новый взгляд на понимание эволюции человеческого мозга, но и дает новые подсказки для изучения причин нарушений нейронного развития.