Čo sa stane, keď nahradíte ľudský gén jeho neandertálskou verziou?

Aké sú hlavné rozdiely medzi modernými ľuďmi a našimi blízkymi príbuznými, neandertálcami a Denisovanmi? U neandertálcov sa nejaví nijaký jasný rozdiel. Použil sofistikované vybavenie, vytvoril umenie a usadil sa v niektorých drsných prostrediach. Pokiaľ však vieme, ich celková populácia nebola nijako zvlášť vysoká. Keď na scénu v Eurázii dorazili moderní ľudia, náš počet sa zvýšil, rozšírili sme sa ešte ďalej a neandertálci a Denisovani boli vysídlení a nakoniec vyhynuli.

Vďaka našej schopnosti získať starodávnu DNA sa teraz pozrieme na genómy neandertálcov aj denisovanov, čo nám umožní položiť si konkrétnejšiu otázku: Môžu niektoré naše rozdiely spočívať v genetike?

Tieto tri druhy sú blízki príbuzní, takže počet rozdielov v našich bielkovinách je pomerne malý. Veľký medzinárodný výskumný tím však identifikoval jeden a vytvoril ho späť do kmeňových buniek pochádzajúcich z moderných ľudí. A vedci zistili, že nervové tkanivo vyrobené z týchto buniek malo výrazný rozdiel od rovnakého tkaniva pestovaného s modernou ľudskou verziou tohto génu.

Nie celkom super nova

Ako prvý krok vo svojej práci sa vedci museli rozhodnúť pre gén, na ktorý majú zamerať. Ako sme už spomenuli vyššie, genómy všetkých troch druhov sú si veľmi podobné. A podobnosť sa zvyšuje iba pri pohľade na časti genómu, ktoré kódujú proteín. Ďalšou komplikáciou je, že niektoré verzie génov nájdených v neandertálcovi sa stále nachádzajú v zlomku modernej ľudskej populácie. Vedci chceli urobiť gén, v ktorom mali neandertálci aj Denisovani variant a takmer všetci moderní ľudia mali iný.

Z desiatok tisíc génov našiel iba 61, ktorí prešli testom. Volal sa ten, na ktorého sa rozhodol zamerať NOVA1. Napriek výbušne znejúcemu názvu NOVA1 Pôvodný názov podľa toho, že sa zistilo, že súvisí s rakovinou: Neuronkologický ventrálny antigén 1. Pohľad do rodokmeňa stavovcov ukazuje, že neandertálci a denisovanci majú spoločný variant NOVA1 Rovnako ako vo všetkom, od iných primátov až po kurčatá, to znamená, že v predkoch boli spoločné s cicavcami s dinosaurami.

Napriek tomu takmer všetci ľudia majú inú verziu génu (v databáze objavenej štvrť milióna genómov boli vedci schopní identifikovať iba tri príklady neandertálskeho variantu). Rozdiel je jemný – zámena blízkej príbuznej aminokyseliny na rovnakom mieste v géne – je to však rozdiel. (Pre opatrovateľov je to izolekin vo valíne.)

ale NOVA1 Typ génu je miesto, kde malé zmeny môžu mať potenciálne zásadný vplyv. RNA, ktoré sa používajú na výrobu proteínov, sú spočiatku zložené zo zmesi užitočných častí oddelených zbytočnými spackermi, ktoré je potrebné vyhodiť. Pre niektoré gény je možné rôzne časti spojiť viac ako jedným spôsobom, čo umožňuje, aby sa z tej istej RNA vytvorili rôzne formy proteínov. NOVA1 Zostrih reguluje proces a môže určiť, koľko génov sa tvorí v bunkách, kde je aktívny. Pre NOVA1Bunky, kde je aktívny, zahŕňajú mnoho častí nervového systému.

Ak sa v poslednom odseku niečo stalo, krátka verzia je táto: NOVA1 Môže zmeniť typ proteínu tvoreného v nervových bunkách. A keďže správanie je oblasťou, kde sa moderný človek môže líšiť od neandertálca, je zaujímavým cieľom takýchto štúdií.

Na naše nervy

Je zrejmé, že existujú etické problémy so snahou zistiť, čo by neandertálska verzia urobila so skutočnými ľuďmi. Niektoré technológie vyvinuté v poslednom desaťročí nám však teraz umožňujú urobiť otázku veľmi odlišným spôsobom. Najskôr vedci dokázali odobrať bunky od dvoch rôznych ľudí a premeniť ich na kmeňové bunky, ktoré boli schopné prerásť do akejkoľvek bunky v tele. Potom použil techniku ​​úpravy génu CRISPR na prevedenie ľudskej verzie génu na neandertálsky variant. (Alebo, ak ste menej charitatívni, môžete to nazvať kurací variant.)

Po rozsiahlom vyšetrovaní, ktoré to naznačilo NOVA1 Bol jediným génom pozmeneným úpravami, čo viedlo vedcov k vytvoreniu špecifických neurónov mozgovej kôry špecifických pre kmeňové bunky.

Skupiny nervových buniek, ktoré vznikli, keď boli malé, boli tvorené bunkami s neandertálskym variantom NOVA1, Aj keď tieto skupiny mali zložitejší tvar povrchu. Bunky tiež rástli pomalšie s neandertálskym variantom a prechádzajú procesom, ktorý končí častejšie bunkovou smrťou. Bolo preto zrejmé, že neandertálsky variant zmenil správanie kmeňových buniek pri ich transformácii na nervové bunky.

Rozdiely boli evidentné aj na genetickej úrovni. Výskumný tím hľadal akékoľvek gény, ktoré zmenili aktivitu (meranú hladinami mediálnej RNA) v bunkách s klietkou NOVA1. Bolo ich značné množstvo a boli medzi nimi aj niektorí z hlavných regulátorov nervového vývoja. A ako sa dalo od regulátora zostrihu očakávať, existovali stovky génov, ktoré zaznamenali zmeny v tom, ako sa spolu pili ich RNA kódujúce proteíny.

Zdá sa, že veľa z týchto génov sa podieľa na tvorbe a činnosti synapsií, individuálnych spojení medzi nervovými bunkami, ktoré im umožňujú vzájomnú komunikáciu. Nie je prekvapením, že sa tým zmenilo správanie týchto spojení. Nervové bunky v kultúre spravidla nadväzujú a koordinujú svoju činnosť. V bunkách s neandertálskou verziou NOVA1Došlo k menšej koordinácii a vyššiemu pozadiu nervových buniek, ktoré náhodne vyvolávali signály.

Referenčná otázka

Výsledky jasne ukazujú, že neandertálska verzia je NOVA1 To nie je dobrá vec pre nervové bunky moderného človeka. Stále by však bolo potrebné zistiť, či sú všetky tu opísané zmeny produktom špecifických rozdielov medzi týmito dvoma formami proteínu, alebo iba výsledkom toho, že nervové bunky sú nezdravé kvôli nepresnosti génu.

Vedci tiež varujú pred množstvom výsledkov všeobecne – hoci sú sugestívne, tieto výsledky nie sú jasnou indikáciou toho, že vďaka génovým zmenám sa náš mozog zásadne líši od našich najbližších príbuzných.

Ľudská verzia tohto génu sa vyvinula na pozadí mnohých ďalších jemných zmien v ľudských génoch, buď v ich kódujúcich sekvenciách (alebo častejšie) v sekvenciách, ktoré regulujú ich aktivitu. Tieto zmeny by mohli potenciálne odstrániť všetky škodlivé účinky spôsobené rozdielmi v činnosti modernej ľudskej verzie. NOVA1. Náhly pokles na pôvodnú verziu génu môže opäť spôsobiť rozdiely v dôsledku nesúladu medzi génom a všetkými týmito kompenzáciami.

Preto bude chvíľu trvať, kým zistíme, koľko tento rozdiel v jednom géne znamená pre človeka a neandertálsky mozog. Hlavná vec však je, že teraz je možné klásť tieto otázky. Technológie použité na získanie týchto výsledkov pred týmto storočím neexistovali – editácia génov CRISPR je stará menej ako desať rokov. Preto len toľko, že vieme, že je to veľmi prekvapivé.

Science, 2021. DOI: 10.1126 / science.ax2537 ()O DOI) je.