Ученые выяснили, что клетки мозга неандертальцев размножались быстрее, чем у Homo sapiens

Новости МирТесен

Группа немецких исследователей провела изучение различий в структуре белков, вовлеченных в процесс деления клеток у современного человека и неандертальца, являвшегося нашим ближайшим эволюционным родственником. В ходе исследования было установлено, что митоз стволовых клеток мозга вымерших гоминид протекал с повышенной скоростью, однако сопровождался увеличением числа ошибок, возникающих в момент разделения хромосом.

Эволюционное развитие предков современного человека ( Homo sapiens) и неандертальцев (Homo neanderthalensis) разошлись около полумиллиона лет назад. За это время в нашем геноме накопилось значительное количество изменений — по предварительным оценкам, H. sapiens отличается от вымершего гоминида (своего ближайшего родственника) примерно 100 аминокислотными остатками в различных белках.

Несмотря на то, что биологический смысл этих изменений пока не вполне ясен, немецкие ученые, являющиеся авторами новой статьи в журнале Science Advances. В ходе исследования были выявлены шесть мутаций, влияющих на три белка, ответственных за функционирование кинетохор — структур клеток хромосом, обеспечивающих их правильное разделение при митозе. Речь идет о белках KIF18a, KNL1 и SPAG5, которые активно продуцируются в стволовых клетках в процессе формирования коры больших полушарий, а именно — неокортекса. Как установлено, эта область мозга отвечает за выполнение сложных задач, таких как обработка сенсорной информации, мышление, речь и другие подобные процессы.

Появление семейства гоминид антропологи связывают с существенным усложнением структуры головного мозга, а также с приобретением прямохождения и специфическими особенностями строения кисти руки — это так называемая гоминидная триада. Согласно изученным черепам, объем мозга неандертальца был сопоставим с объемом мозга современного человека – единственного ныне существующего представителя семейства гоминид. Тем не менее, имели место и значительные отличия — для их выявления исследователям потребовалось «воскресить» некоторые белки неандертальцев.

В первом эксперименте последовательность белков мыши изменили так, чтобы они точно соответствовали белкам Homo sapiens. Изначально у мышей эти гены полностью соответствовали генам неандертальцев и присутствуют у современных человекообразных обезьян. Технология генного редактирования CRISPR/Cas9 была применена для создания трансгенных грызунов, что позволило получить так называемых гуманизированных мышей, обладающих белками, характерными для человека.

«Наши исследования показали, что три аминокислотные остатка, присутствующие у современных людей в двух белках, связаны с увеличением продолжительности метафазы — этапа, на котором хромосомы готовятся к делению клетки, что способствует снижению числа ошибок при их распределении между дочерними клетками, стволовыми нервными клетками, подобно тому, как это наблюдается у современных людей», — объяснил Руководителем научной группы является Фелипе Мора-Бермудес.

В ходе дальнейших исследований ученые попытались установить, приводит ли внедрение белков неандертальцев в клетки современного человека к противоположному результату. Создание ребенка с измененным генотипом было исключено — для экспериментов использовали органоиды мозга, известные как мини-мозги, культивируемые в лабораторных условиях. Это упрощенные модели настоящего органа, создаваемые в биореакторе на основе стволовых клеток. В последнее время «мини-мозги» получили широкое распространение в биомедицинских исследованиях, поскольку они имитируют структуру тканей мозга, включая кору больших полушарий.

В этот раз метафаза оказалась более короткой, и исследователи зафиксировали большее количество ошибок при расхождении хромосом. Ученые полагают, что три изменения в последовательностях белков KIF18a и KNL1, характерные для современных людей, уменьшили число сбоев в этом важном для деления клеток и развития мозга процессе. Напомним, что нарушения расхождения хромосом не сулят ничего хорошего — их результатом могут стать трисомия(например, при синдроме Дауна) или онкологические заболевания.

Согласно последним исследованиям, был обнаружен значимый фактор, способствующий Homo sapiens одержать верх над конкурентами, создать цивилизацию и преобразить облик всей планеты.