Ученые близки к разгадке генетических тайн человеческого интеллекта

Международная группа исследователей определила геномные участки, активность которых, вероятно, уникальным образом регулируется в нейронах мозга человека. Регуляторные различия отличают нас от других приматов (как низших, так и человекообразных обезьян). Поскольку нейроны лежат в основе наших уникальных познавательных способностей, эти различия могут оказаться ключом к интеллектуальной силе человека (а также к нашей потенциальной чувствительности к широкому спектру заболеваний, специфичных для человека, таких как аутизм или болезнь Альцгеймера).

Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS Biology.

Исследование генетических особенностей, отличающих нейроны человека от других приматов, до настоящего времени представляло собой трудную задачу. Геномы приматов состоят из миллиардов пар нуклеотидов; сравнение лишь геномов человека и шимпанзе позволило обнаружить почти 40 млн. различий. Исследователи предполагают, что большинство из них отражает случайный «генетический дрейф» в процессе эволюции. Задача заключается в обнаружении того небольшого количества замен нуклеотидов, которые привели к функционально значимым последствиям, что может помочь объяснить генетические основы возникновения специфичных для человека функций нейронов.

Ключевой задачей исследования под руководством доктора Шахрама Акбариана (Schahram Akbarian) из Университета Массачусетса (University of Massachusetts) и Медицинской Школы Горы Синай (Mount Sinai School of Medicine) стало не исследование непосредственно последовательности ДНК, а его модификаций. Комплекс ДНК и белков гистонов, участвующих в упаковке хромосом, находится в той или иной степени компактизации, что отражает регуляторное состояние определенного участка генома (т. е. определяет, «выключены» гены или «включены»). Различные негенетические модификации ДНК и белков (эпигеном), влияющие на это состояние, являются областью исследования эпигенетики.

Доктор Акбариан и его коллеги смогли выделить небольшие фрагменты хроматиновых фибрилл из клеток переднего отдела коры головного мозга, участвующего в сложных познавательных операциях. Затем они проанализировали полученные фрагменты на наличие определенных химических сигналов (метилирования гистонов), что позволило установить состояние хроматина. В результате анализа были обнаружены сотни участков по всему геному, структура хроматина которых в нейронах детей и взрослых значительно отличалась от таковой у шимпанзе и макак.

Невероятно важная находка таких коротких участков генома стала для ученых источником новых подсказок в разгадке вопросов эволюции человеческого мозга. Несмотря на то, что некоторые области генома остались неизмененными в ходе эволюции приматов, большинство претерпело значительные изменения, сформировав паттерны, уникальные для человека и его близких родственников неандертальцев и денисовских людей. В ходе работы ученым удалось обнаружить случаи физического взаимодействия в клеточном ядре некоторых регуляторных регионов ДНК друг с другом, несмотря на то, что в линейном геноме они разделены сотнями тысяч пар нуклеотидов. Этот феномен «хроматиновых петель» применяется при контроле экспрессии генов, включая гены, контролирующие развитие человеческого мозга.

Результаты исследования свидетельствуют о значительной роли эпигенетики и эпигенома в развитии и эволюции человека. Как замечает доктор Акбариан, «очень многое из биологии человека и его болезней не может быть установлено по результатам простого секвенирования генома». По его мнению, «картирование» эпигенома нейронов и других клеток поможет ученым лучше понять механизмы работы мозга человека и вопросы нашего происхождения.

В результате недавнего исследования идентифицированы сотни областей генома, которые, очевидно, уникальным образом регулируются в нейронах человека. Такие регуляторные различия отличают человека от других приматов, в том числе и человекообразных обезьян, и, поскольку нейроны выполняют основную функцию в когнитивных способностях, эти особенности могут в конечном итоге оказаться ключом к нашему интеллектуальному совершенству. (фото: © Eric Isselée / Fotolia)

По материалам Public Library of Science

Оригинальная статья:
Hennady P. Shulha, Jessica L. Crisci, Denis Reshetov, Jogender S. Tushir, Iris Cheung, Rahul Bharadwaj, Hsin-Jung Chou, Isaac B. Houston, Cyril J. Peter, Amanda C. Mitchell, Wei-Dong Yao, Richard H. Myers, Jiang-fan Chen, Todd M. Preuss, Evgeny I. Rogaev, Jeffrey D. Jensen, Zhiping Weng, Schahram Akbarian. Human-Specific Histone Methylation Signatures at Transcription Start Sites in Prefrontal Neurons. PLoS Biology, 2012; 10 (11): e1001427 DOI: 10.1371/journal.pbio.1001427