Исследование показывает клеточные различия в развитии мозга между современными людьми и неандертальцами

Исследователи из Дрездена и Лейпцига обнаружили, что стволовые клетки в развивающемся мозге современных людей дольше делятся и совершают меньше ошибок при распределении своих хромосом по дочерним клеткам по сравнению с клетками неандертальцев.

Неандертальцы — ближайшие родственники современного человека. Таким образом, сравнения с ними могут дать захватывающее представление о том, что делает современных людей уникальными, например, в отношении развития мозга. Неокортекс, самая большая часть внешнего слоя мозга, уникален для млекопитающих и имеет решающее значение для многих когнитивных способностей. Он резко расширился во время эволюции человека у видов, предков как неандертальцев, так и современных людей, в результате чего и неандертальцы, и современные люди имели мозг одинакового размера. Однако почти ничего не известно о том, насколько мозг современного человека и неандертальца мог различаться с точки зрения их развития и функций. Исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка (MPI-CBG) в Дрездене и Института эволюционной антропологии Макса Планка (MPI-EVA) в Лейпциге обнаружили, что нейральные стволовые клетки — клетки, из которых формируются нейроны. неокортекса – тратят больше времени на подготовку своих хромосом к делению у современных людей, чем у неандертальцев. Это приводит к меньшему количеству ошибок при распределении хромосом в дочерние клетки у современных людей, чем у неандертальцев или шимпанзе, и может иметь последствия для развития и функционирования мозга. Это исследование показывает клеточные различия в развитии мозга между современными людьми и неандертальцами.

После того, как предки современного человека отделились от предков неандертальцев и денисовцев, их азиатские родственники, около сотни аминокислот, строительных блоков белков в клетках и тканях, изменились у современных людей и распространились почти на всех современных людей. Биологическое значение этих изменений в значительной степени неизвестно. Однако шесть из этих аминокислотных замен произошли в трех белках, играющих ключевую роль в распределении хромосом, носителей генетической информации, между двумя дочерними клетками во время клеточного деления.

Влияние современных вариантов человека на развитие мозга

Чтобы исследовать значение этих шести изменений для развития неокортекса, ученые сначала познакомили мышей с современными человеческими вариантами. Мыши идентичны неандертальцам по этим шести позициям аминокислот, поэтому эти изменения сделали их моделью развивающегося современного человеческого мозга.

Мы обнаружили, что три аминокислоты современного человека в двух белках вызывают более длинную метафазу, фазу, в которой хромосомы готовятся к клеточному делению, и это приводит к меньшему количеству ошибок, когда хромосомы распределяются между дочерними клетками нейральных стволовых клеток, просто как у современных людей».

Фелипе Мора-Бермудес, ведущий автор исследования

Чтобы проверить, оказывает ли набор аминокислот неандертальца противоположный эффект, исследователи затем ввели наследственные аминокислоты в органоиды человеческого мозга — миниатюрные органоподобные структуры, которые можно выращивать из стволовых клеток человека в чашках для культивирования клеток в лаборатории и которые имитируют аспекты раннего развития человеческого мозга. «В этом случае метафаза стала короче, и мы обнаружили больше ошибок в распределении хромосом». По словам Мора-Бермудес, это показывает, что эти три замены аминокислот современного человека в белках, известных как KIF18a и KNL1, ответственны за меньшее количество ошибок распределения хромосом, наблюдаемых у современных людей, по сравнению с моделями неандертальцев и шимпанзе. Он добавляет, что «ошибки в количестве хромосом обычно не являются хорошей идеей для клеток, что можно увидеть при таких заболеваниях, как трисомии и рак».

«Наше исследование предполагает, что некоторые аспекты эволюции и функционирования мозга современного человека могут не зависеть от размера мозга, поскольку у неандертальцев и современных людей мозг одинакового размера. Результаты также показывают, что на функцию мозга у неандертальцев, возможно, больше повлияли хромосомные ошибки, чем у неандертальцев. современных людей», — резюмирует Виланд Хаттнер, один из руководителей исследования. Сванте Паабо, который также руководил исследованием, добавляет, что «необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, влияет ли снижение частоты ошибок на черты современного человека, связанные с работой мозга».