211service.com
Het gen dat ons mens maakt?
Een klein stukje DNA dat zich snel bij mensen heeft ontwikkeld, zou een sleutelrol kunnen spelen in de ontwikkeling en evolutie van het menselijk brein, blijkt uit onderzoek dat gisteren online in het tijdschrift is gepubliceerd. Natuur . Hoewel wetenschappers nog niet precies weten hoe het gen in de hersenen functioneert, weten ze wel dat de sequentie volledig uniek is voor mensen en tot uitdrukking komt in de cortex – die verantwoordelijk is voor complexe gedachten – tijdens een sleutelstadium van de hersenontwikkeling.
Dit is een zeer opwindende bevinding, zegt Bruce Lahn , een geneticus die hersenevolutie bestudeert aan de Universiteit van Chicago. Het brengt ons een stap dichter bij het algemene doel om de evolutie van het menselijk brein te begrijpen op het niveau van genen.
Ergens in de laatste vijf tot zeven miljoen jaar, toen mensen en chimpansees van elkaar splitsten op de evolutionaire boom, werden onze hersenen drie keer groter dan die van onze naaste verwanten van primaten. Die indrukwekkende groei was grotendeels te danken aan expansie in de hersenschors, de buitenste laag van de hersenen die verantwoordelijk is voor redeneren en andere soorten complexe gedachten. Sinds de sequenties van het menselijk en ander diergenomen beschikbaar zijn voor studie, hebben wetenschappers stapels DNA doorzocht op genetische aanwijzingen voor de unieke groeispurt van onze hersenen - en voor de biologische veranderingen die ons uniek menselijk maken.
In het nieuwe artikel vergeleken onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Cruz het menselijk genoom met het genoom van chimpansees, honden, ratten, muizen en kippen, op zoek naar genetische sequenties die tijdens de evolutie zeer geconserveerd waren en daarom functioneel belangrijk. Vervolgens zochten ze naar sequenties binnen die geconserveerde gebieden die snel waren veranderd bij mensen, wat aangeeft dat die veranderingen belangrijk waren voor de unieke evolutie van de mens.
De onderzoekers identificeerden verschillende snel evoluerende stukjes DNA, maar verreweg het snelste stuk was een kleine DNA-keten die deel uitmaakt van een gen dat tot expressie wordt gebracht in de hippocampus, dat betrokken is bij leren en geheugen. Volgens de bevindingen was de volgorde erg vergelijkbaar bij kippen en chimpansees, met slechts twee veranderingen in de genetische code; maar het was opmerkelijk veranderd in het menselijk DNA, en vertoonde 18 genetische verschillen met de versie bij chimpansees.
Dat bevestigde echt dat deze [reeks] specifiek is voor de menselijke afstamming, zegt David Haussler , een genomics-expert bij UCSC die het werk leidde. We hebben ook menselijk DNA van verschillende mensen over de hele wereld gesequenced - iedereen lijkt dezelfde 18 variaties te hebben.
De onderzoekers ontdekten toen dat het gen, bekend als HAR1F, heeft nog meer aanlokkelijke eigenschappen: het wordt uitgedrukt in een bepaalde reeks cellen in het menselijk brein tussen 9 en 19 weken zwangerschap - wanneer de cortex een snelle ontwikkeling doormaakt. Het is in wezen de beginfase van de ontwikkeling van de cortex, het denkende deel van de hersenen, zegt Haussler. Dat is het deel van ons brein dat zoveel groter is geworden tijdens de laatste paar miljoen jaar van evolutie.
Omdat wetenschappers de functie van het gen nog niet kennen, is het moeilijk om de rol ervan in de hersenontwikkeling of de menselijke evolutie te voorspellen. Het vinden van deze snel evoluerende genen is een startpunt om de menselijke genetische evolutie te begrijpen, zegt Lahn, maar het vertelt ons niet hoe veranderingen in de genetische sequentie leiden tot veranderingen in de menselijke biologie.
Inderdaad, HAR1F is nogal mysterieus. Het codeert alleen voor een RNA, terwijl de meeste genen uiteindelijk coderen voor een eiwit. Hoewel andere RNA-coderende genen zijn geïdentificeerd - RNA-genen hebben soms een regulerende functie, waardoor de productie van een eiwit verandert - lijkt deze sequentie op geen van de bekende RNA-genen. Het gen lijkt een gen in zijn eigen universum te zijn, zegt Lahn.
Het gen verschilt ook van eerder geïdentificeerde genen die mogelijk een rol spelen in de evolutie van de hersenen. Vorig jaar identificeerde de groep van Lahn twee hersengenen die onder recente evolutionaire druk stonden. in tegenstelling tot HAR1F , deze genen hebben een bekende functie - ze zijn allebei betrokken bij de controle van de hersengrootte. Bovendien worden verschillende variaties van deze genen gevonden in verschillende regio's van de wereld, terwijl iedereen die tot nu toe is getest dezelfde 18 variaties lijkt te dragen in het snel evoluerende deel van HAR1F .
De groep van Haussler was in staat om het nieuwe stukje DNA te identificeren vanwege hun unieke benadering van genoomanalyse. Eerdere studies waren gericht op de coderende gebieden van het genoom: het stukje DNA dat de aanmaak van eiwitten aanstuurt. De groep van Haussler deed daarentegen een genoombrede zoektocht naar snel evoluerende sequenties binnen de geconserveerde gebieden van DNA. Hun methode lijkt een zeer elegante manier te zijn om de potentiële regulerende elementen op te pikken die unieke functies hebben gekregen in de menselijke afstamming, zegt Ganeshwaran Mochida , een neurowetenschapper en geneticus aan de Harvard Medical School in Boston.
Sommige wetenschappers zijn echter sceptisch dat het stukje DNA de sleutel zal blijken te zijn tot de evolutie van het menselijk brein. Het is een beetje moeilijk te bevatten hoe een stuk RNA van 118 basenparen evolutionair zo steenkoud had kunnen zijn, met twee veranderingen in de afgelopen 318 miljoen jaar, en vervolgens 18 opeenvolgende onafhankelijke vervangingen in de menselijke afstamming kon ondergaan sinds de splitsing met de chimpansee, zegt Andrew Clark , een populatiegeneticus aan de Cornell University in Ithaca, NY. Hij suggereert dat de recente veranderingen het product kunnen zijn van een ongebruikelijk en nog niet begrepen mutatieproces, in plaats van van evolutionaire druk. En hij voegt eraan toe dat voor beide mogelijkheden nog geen bewijs bestaat. In ieder geval dient het werk als een sterke motivatie om de biologische functie van dit gen te begrijpen, en dat is altijd de opwinding van dit soort werk geweest, zegt hij.
Haussler en medewerkers proberen nu te achterhalen welke rol HAR1F speelt tijdens de ontwikkeling van de hersenen. Ze zijn onder meer van plan een muis te maken die de menselijke vorm van het gen tot uitdrukking brengt. We weten niet of de muis Shakespeare gaat schrijven, zegt Haussler. Het is onwaarschijnlijk dat het werkt als een menselijk gen omdat het tot expressie wordt gebracht in de muiscortex met andere muizengenen, maar het is iets om te proberen.
Haussler voorspelt dat de bevindingen zullen leiden tot een golf van onderzoek naar de rol van HAR1F . Hij hoopt bijvoorbeeld dat wetenschappers die de genetica van schizofrenie en andere aandoeningen bestuderen, hun patiëntenpopulaties zullen doorzoeken op mutaties in het gen, wat licht zou kunnen werpen op de rol ervan in de hersenontwikkeling en cognitieve functie.