Гени, що з'явилися у стародавніх людей, змушують стовбурові клітини в мозку довше ділитися, тим самим збільшуючи число майбутніх нейронів.
Людський мозок більше, ніж мозок будь-якої іншої тварини, включаючи навіть наших найближчих еволюційних родичів шимпанзе. (Про всяк випадок уточнимо, що маються на увазі не абсолютні розміри, а величина мозку порівняно з усім тілом.) Очевидно, щоб мозок став таким великим, повинні були відбутися якісь зміни в генах. Дійсно, час від часу з'являються повідомлення про те, що біологи знайшли черговий «ген великого мозку», і таких генів накопичилося вже порядно.
Днями в журналі Cell вийшло відразу дві статті з описом трьох генів, завдяки яким людський мозок зміг перерости мозок інших людиноподібних приматів. Однак на відміну від більшості робіт, присвячених «генам великого мозку», у нових статтях розповідається ще й про те, як такі гени працюють. В обох статтях йдеться про генетичне сімейство NOTCH2NL. Дослідники з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі з'ясовували, які гени керують розвитком кори мозку у людини і макак резусу (досліди ставили на стовбурових клітинах, яких змушували перетворюватися на нейрони кори, формуючи так званий мозковий органоїд). В ембріональному розвитку велику роль відіграють гени NOTCH, які кодують сигнальні білки, від яких, у свою чергу, залежить взаємодії ембріональних клітин один з одним. Виявилося, що сигнальні шляхи NOTCH в людських клітинах і мавпячих працюють по-різному, і відмінності тут обумовлені тим, що у людини працює інші варіанти генів NOTCH - ті самі NOTCH2NL.
Раніше вважалося, що NOTCH2NL - це один ген, який колись давно відокремився від сімейства NOTCH. Тепер же з'ясувалося, що NOTCH2NL - не один ген, а три, які сидять поруч на першій хромосомі. У мавп є NOTCH2NL-подібні гени, але вони у них нефункціональні. З іншого боку, відомо, що працюючі версії NOTCH2NL з'являлися в геномах інших видів людей - у неандертальців і денисівців. Зрештою вдалося відновити наступну картину: близько 14 млн років тому, у загального предка людей, горил і шимпанзе ген NOTCH2 подвоївся - це звичайний випадок, коли при копіюванні ДНК якийсь її шматок копіюється зайвий раз. Але у випадку з NOTCH2 друга копія виявилася дефектною, неповною. Саме такий дефектний NOTCH2 є у горил з шимпанзе.
Потім, через 11 млн років, у предків людей до непрацюючої копії NOTCH2 додався необхідний шматок - так з'явився працюючий ген NOTCH2NL. Через якийсь час поруч з ним з'явилися ще дві його копії, і число генів NOTCH2NL стало рівним трьом. Коли гени NOTCH2NL пересаджували мишам, кора мозку у тварин розвивалася сильніше, ніж зазвичай, а коли NOTCH2NL вимикали в людських стовбурових клітинах, які повинні були перетворюватися на нейрони кори, то такі стовбурові клітини давали менше зрілих нейронів.
Інша команда дослідників з Інституту мозку при Льовенському католицькому університеті вивчала активність генів у мозку людини, що розвивається, між сьомою і двадцять першим тижнями вагітності. У результаті вдалося знайти 35 генів, що належать 24 генетичним сімействам, які працювали тільки у людей. Гени з дев'яти сімейств впровадили мишиним ембріонам. Один з генів був NOTCH2NLB з сімейства NOTCH2NL, і виявилося, що він утримує нервові стовбурові клітини в стовбуровому стані, не даючи їм перетворюватися на зрілі нейрони. Поки стовбурова клітина залишається стовбуровою, вона продовжує ділитися - таким чином, ген NOTCH2NLB збільшував майбутнє число нейронів. Ті ж результати зі збільшенням кількості нейронів вийшли і в експериментах з людськими ембріональними клітинами.
Тут треба зазначити, що такий механізм збільшення мозку - за рахунок підвищеної активності стовбурових клітин - обговорюють вже давно. Ми, наприклад, якось розповідали про іншу роботу, виконану фахівцями з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско: вони з'ясували, що в нашому мозку під час ембріонального розвитку є особливі стовбурові клітини, які діляться набагато активніше, ніж їхні еволюційні попередники в інших тварин. Але зараз, повторимо, вдалося показати щось інше, а саме як пов'язані гени, молекулярні сигнальні шляхи і активність стовбурових клітин, що формують мозок. У перспективі ж належить з'ясувати, чи відрізняються за функціями три копії NOTCH2NL або ж вони всі працюють однаково, і як вони взаємодіють з іншими генами, що допомагають зробити наш мозок таким великим.