Mozkový gen je na prvním místě v seznamu genů, které vytvářejí člověka, Human

Proč mají lidé tak velké mozky? Tato evoluční záhada je pro vědce výzvou již odedávna, ale někteří výzkumníci využívají k nalezení odpovědi genetiku, konkrétně ty geny, které se vyskytují pouze u druhu Homo sapiens.

ARHGAP11B, gen vyskytující se pouze u člověka, je známý svou rolí při rozšiřování neokortexu, části mozku zodpovědné za vyšší kognitivní funkce, jako je jazyk a plánování. V experimentech podrobně popsaných v nové studii, která byla dnes zveřejněna v časopise Science, vědci vložili tento gen do plodů vačnatců, kteří jsou stejně jako lidé primáti, ale tento gen nenesou. Tým zjistil, že po 101 dnech byl neokortex vyvíjejících se mozků opic větší a měl více záhybů ve tkáni než normální opičí plody bez genu.

Mít více záhybů v této části mozku je důležité, protože tyto záhyby zvětšují plochu dostupnou pro mozkové buňky neboli neurony, aniž by mozek byl příliš velký pro lebku. Prokázání, že lidský gen plní podobný účel v mozku jiného primáta, poskytuje nový pohled na to, jak se lidé mohli vyvinout, a může ukázat cestu k budoucí léčbě mozkových onemocnění.

Mozek, amplifikovaný

Gen ARHGAP11B se objevil asi před 5 miliony let, nedlouho po evolučním rozdělení mezi předky šimpanzů a lidí. Vznikl mutací při kopírování neboli duplikaci jiného genu ARHGAP11A. Pět milionů let stará verze genu ARHGAP11B, známá jako verze „ancestral B“, však není tou, kterou mají dnešní lidé. Vědci se domnívají, že před 1,5 až 500 tisíci lety došlo u lidských předků k další mutaci genu ARHGAP11B, která vytvořila gen specifický pro člověka, který vědci použili ve své nejnovější studii.

„Tato pro člověka specifická sekvence je naprosto nezbytná pro schopnost genu zesilovat příslušné mozkové kmenové buňky ve vývoji,“ říká Wieland Huttner z Ústavu molekulární buněčné biologie Maxe Plancka, jeden z autorů studie.

Předchozí studie ukázaly podobné účinky u myší a fretek modifikovaných tak, aby měly „novou B“ verzi genu. Použití těchto zvířecích modelů však znamenalo, že gen nemusel být nutně exprimován stejným způsobem jako u lidí. Autor studie Michael Heide, rovněž z Institutu Maxe Plancka, říká, že tým chtěl studovat modelový organismus blízce příbuzný člověku a dvě nejpraktičtější možnosti byly vačnatec a makak.

„Mysleli jsme si, že vačnatec bude lepším modelem, protože neokortex makaka má mnoho rysů, které sdílí s naším velkým a složeným neokortexem. Marmoška je však hladká a má velmi malé rozměry“. Jakékoli změny velikosti a tvaru neokortexu marmoset by tedy byly snadno pozorovatelné.

K zavedení genu do opičích embryí použili vědci „lentivirus“, nosič viru, který se nemůže replikovat. Lentivirus obsahoval ARHGAP11B a také proteinový marker, který by výzkumníkům umožnil zjistit, kde je tento gen exprimován. Zahrnuli do něj i promotor genu neboli sekvenci DNA, která reguluje expresi specifických genů.

Debra Silver, výzkumnice z Duke University Institute for Brain Sciences, říká, že metody vědců v této studii, vylepšené oproti metodám použitým u myší a fretek, dodávají výsledkům velkou váhu. „Jedním z problémů je, že můžete mít abnormálně vysoké hladiny . Je to jako vzít si k řízení něco jako Mack truck oproti něčemu subtilnějšímu, jako je Toyota. Jde o to, že se tímto snaží přiblížit tomu, co by se normálně projevovalo v lidském mozku.“

Studie navíc podle Silvera prokázala, že převládajícím účinkem genu je kromě zvětšení velikosti a počtu záhybů v neokortexu také řízení produkce určitých neuronů, které se vyvíjejí později a jsou důležitější pro zpracování vyššího řádu.

Megan Dennisová, která se zabývá genetikou lidského mozku na Institutu MIND Kalifornské univerzity v Davisu, ale na studii se nepodílela, uvedla, že tento výzkum dosáhl významného kroku tím, že prokázal účinek genu u primáta.

„Máme celý seznam genů, o kterých si myslíme, že by mohly být důležité pro to, co nás činí jedinečnými lidmi, ale jen velmi zřídka jsme definitivně prokázali, že se na tom skutečně podílejí,“ říká Dennisová. „A musím říct, že studie, jako je tato, skutečně vynáší ARHGAP11B na vrchol seznamu jako gen, který by mohl být velmi důležitý pro vývoj lidského mozku.“

Co bude dál

Protože ARHGAP11B spadá do oblasti lidského genomu, o níž je známo, že souvisí s mentálním postižením, schizofrenií a epilepsií, mohlo by být pro pochopení nemocí důležité i bližší poznání jeho fungování. Například lidské mozky, které jsou příliš velké (makrocefalické), mohou trpět řadou neurologických poruch a poruch chování, včetně autismu.

Poznání jedinečných lidských genů, jako je ARHGAP11B, by také mohlo pomoci při vývoji nových druhů terapií. Autoři této studie naznačují, že tento gen má potenciál být užitečný při pěstování kmenových buněk, které by mohly pomoci léčit nemoci, jako je Parkinsonova choroba, kde byly identifikovány jasné mutace.

Ale myšlenka použití tohoto genu nebo jiných podobných genů ke změně základní struktury a funkce lidského mozku vyvolává řadu etických obav týkajících se jak testovacích modelů na zvířatech, tak genetického inženýrství.

„Musíte být velmi opatrní,“ říká Huttner. „Pokud provádíte genetickou manipulaci u lidí, můžete ji provádět pouze v případě, že se jedná o léčbu nemoci, kdy máte abnormální mutaci a uvedete ji zpět do identifikované normální sekvence. Teprve pak. Ale snažit se ‚vylepšit‘ člověka, to v žádném případě.“

.