Всем известно, что человеческий мозг — один из самых больших на планете и исключительно велик для размеров нашего тела. Однако до сих пор никто не мог сказать, как именно он достигает своих впечатляющих размеров. Объяснение этому дают две недавние работы, результаты которых представлены в статьях, опубликованных в журнале Cell (1, 2). Команды Пьера Вандерхагена (Pierre Vanderhaeghen) из Брюссельского свободного университета и Дэвида Хосслера (David Haussler) из Калифорнийского университета в Санта-Крузе описывают семейство генов NOTCH2NL, вовлеченное в рост объема мозга.
«С учетом довольно стремительной эволюции человеческого мозга, — говорит Пьер Вандерхаген, — соблазнительно предположить, что именно новые, специфические для людей гены отвечают за этот процесс».
В самом деле, гены NOTCH2NL уникальны для нашего вида: они не обнаруживаются ни у макак, ни у орангутанов, и даже у таких близких к нам видов, как гориллы и шимпанзе, они хотя и имеются, но остаются неактивны. У человека же NOTCH2NL работают, по-видимому, продлевая жизнь стволовых клеток-предшественниц нейронов, так что они успевают произвести больше делений и дать жизнь большему числу клеток формирующегося мозга.
Пьер Вандерхаген и его коллеги анализировали РНК, которые синтезируются с активных генов в ходе кортикогенеза у человеческих эмбрионов. Это позволило идентифицировать группу из 35 молодых, специфических для нас генов. Все семейство оказалось паралогами (видоизмененными копиями) уже знакомого ученым и весьма древнего гена рецептора Notch 2. Известно, что он вовлечен в развитие организма еще у дрозофил и в мозге стимулирует производство нейронов.
В самом деле, эксперименты на мышах и на человеческих плюрипотентных стволовых клетках показали, что результат действия генов NOTCH2NL — увеличение числа новых нейронов. «Из одной стволовой клетки вы можете получить либо две клетки-предшественницы, которые дадут два нейрона, либо одну предшественницу и один нейрон, — объясняет Пьер Вандерхаген. — И NOTCH2NL смещает выбор между этими вариантами в сторону двух клеток-предшественниц, что в итоге приводит к появлению большего числа нейронов».
К схожим результатам пришли и ученые из группы Дэвида Хосслера, которые начали со сравнения активности генов в формирующемся мозге макаки и человека. Одним из основных различий и оказалось семейство NOTCH2NL. Исследователи удалили эти гены из стволовых клеток и запустили их развитие в сторону нервной ткани, показав, что при этом зрелые нейроны появляются быстрее, но пул стволовых клеток исчерпывается раньше, успевая произвести заметно меньше нейронов.
Внимательный анализ последовательности ДНК генов NOTCH2NL позволил ученым найти небольшой участок 1q21.1, изменения в котором ассоциированы с некоторыми нарушениями развития мозга. Судя по всему, активность NOTCH2NL привела не только к увеличению объемов мозга у наших предков, но и сделала нас подверженными развитию таких состояний, как микро- и макроцефалия.
