Brain Gene Tops the List for Making Humans, Human

Miért van az embereknek ilyen nagy agyuk? Ez az evolúciós rejtély már régóta foglalkoztatja a tudósokat, de egyes kutatók a genetikát, pontosabban azokat a géneket használják a válaszhoz, amelyek csak a Homo sapiensben találhatók meg.

AzARHGAP11B, egy csak az emberben megtalálható gén, arról ismert, hogy szerepet játszik a neokortex, az agy magasabb kognitív funkciókért, például a nyelvért és a tervezésért felelős részének bővítésében. A Science című folyóiratban ma megjelent új tanulmányban részletezett kísérletek során a kutatók a gént beültették a magzatokba, amelyek az emberhez hasonlóan főemlősök, de nem hordozzák a gént. A kutatócsoport megállapította, hogy 101 nap elteltével a majmok fejlődő agyának neokortikuma nagyobb volt, és több redőt tartalmazott a szövetben, mint a gén nélküli normál majommagzatoké.

A több redő az agy ezen részén azért fontos, mert ezek a redők növelik az agysejtek, vagyis az idegsejtek számára rendelkezésre álló felületet anélkül, hogy az agy túl nagy lenne a koponyához képest. Annak kimutatása, hogy az emberi gén hasonló célt szolgál egy másik főemlős agyában, új betekintést nyújt abba, hogyan fejlődhetett ki az ember, és utat mutathat az agyi betegségek jövőbeli kezeléséhez.

Az agy, felerősítve

Az ARHGAP11B gén körülbelül 5 millió évvel ezelőtt jelent meg, nem sokkal a csimpánz és az ember ősei közötti evolúciós szétválás után. Mutáció útján jött létre, amikor egy másik gén, az ARHGAP11A lemásolódott, vagyis duplikálódott. Az ARHGAP11B 5 millió évvel ezelőtti, “ősi B” változataként ismert változata azonban nem az, amelyik ma az emberekben megtalálható. A tudósok úgy vélik, hogy az ARHGAP11B egy másik mutációja 1,5 millió és 500 ezer évvel ezelőtt történt az emberi ősöknél, és ez hozta létre azt az ember-specifikus gént, amelyet a kutatók a legutóbbi tanulmányukban használtak.

“Ez az ember-specifikus szekvencia feltétlenül szükséges ahhoz, hogy a gén a fejlődés során képes legyen felerősíteni a megfelelő agyi őssejteket” – mondja Wieland Huttner, a Max Planck Molekuláris Sejtbiológiai Intézet munkatársa, a tanulmány egyik szerzője.

A korábbi vizsgálatok hasonló hatást mutattak ki a gén “új B” változatával módosított egereken és görényeken. Ezeknek az állatmodelleknek a használata azonban azt jelentette, hogy a gén nem feltétlenül ugyanúgy fejeződött ki, mint az emberekben. A tanulmány szerzője, Michael Heide, szintén a Max Planck Intézet munkatársa elmondta, hogy a kutatócsoport az emberrel közeli rokonságban álló modellszervezetet akart vizsgálni, és a két legpraktikusabb lehetőség a marmoset és a makákó volt.

“Úgy gondoltuk, hogy a marmoset lesz a jobb modell, mert a makákó neokortexének sok olyan tulajdonsága van, ami közös a mi nagy és hajtogatott neokortexünkkel. A marmoset azonban sima és nagyon kicsi”. Így a marmoset neocortex méretének és alakjának bármilyen változása könnyen észrevehető lenne.”

A gén majomembriókba való bejuttatásához a kutatók “lentivírust” használtak, egy olyan vírushordozót, amely nem képes szaporodni. A lentivírus tartalmazta az ARHGAP11B-t, valamint egy fehérje markert, amely lehetővé tette a kutatók számára, hogy lássák, hol fejeződik ki ez a gén. Tartalmaztak egy promóter gént is, vagyis egy olyan DNS-szekvenciát, amely bizonyos gének kifejeződését szabályozza.

Debra Silver, a Duke Egyetem Agytudományi Intézetének kutatója szerint a kutatók e tanulmányban alkalmazott, az egerek és görények esetében alkalmazott módszerekhez képest továbbfejlesztett módszerei nagy súlyt adnak az eredmények jelentőségének. “Az egyik kihívás az, hogy abnormálisan magas szinteket . Ez olyan, mintha egy Mack teherautót vennénk, hogy vezessünk valamit, szemben valami finomabbal, mint egy Toyota. Az ötlet az, hogy ezzel próbálnak közelebb kerülni ahhoz, ami normálisan kifejeződne az emberi agyban.”

Mellett, mondja Silver, a tanulmány kimutatta, hogy a gén egyik domináns hatása, amellett, hogy növeli a neokortexben a ráncok méretét és számát, bizonyos neuronok termelését irányítja, amelyek később fejlődnek és fontosabbak a magasabb rendű feldolgozáshoz.

Megan Dennis, aki a Kaliforniai Egyetem Davis-i MIND Intézetében az emberi agy genetikáját tanulmányozza, de nem vett részt a tanulmányban, azt mondta, hogy ez a kutatás jelentős lépést ért el azzal, hogy bizonyította a gén hatását egy főemlősben.

“Egy egész listánk van olyan génekről, amelyekről azt gondoljuk, hogy fontosak lehetnek abban, ami egyedivé tesz minket emberré, de nagyon ritkán tudtuk véglegesen bizonyítani, hogy valóban hozzájárulnak” – mondja Dennis. “És azt kell mondanom, hogy egy ilyen tanulmány valóban a lista élére emeli az ARHGAP11B-t, mint olyan gént, amely nagyon is fontos lehet az emberi agy fejlődésében.”

Mi következik

Mert az ARHGAP11B az emberi genom egy olyan régiójába esik, amelyről ismert, hogy összefüggésbe hozható az értelmi fogyatékossággal, a skizofréniával és az epilepsziával, ezért a működésének megismerése a betegségek megértése szempontjából is fontos lehet. Például a túl nagyra nőtt (makrocephalizált) emberi agyakban számos neurológiai és viselkedési rendellenesség, köztük az autizmus is előfordulhat.

Az olyan egyedülállóan emberi gének, mint az ARHGAP11B megismerése segíthet újfajta terápiák kifejlesztésében is. A tanulmány szerzői szerint ez a gén hasznos lehet olyan őssejtek tenyésztésében, amelyek segíthetnek olyan betegségek kezelésében, mint a Parkinson-kór, ahol egyértelmű mutációkat azonosítottak.

A gén vagy más hasonló gének felhasználásának gondolata az emberi agy alapvető szerkezetének és funkciójának megváltoztatására azonban számos etikai aggályt vet fel mind az állatkísérleti modellek, mind a géntechnológia kapcsán.

“Nagyon óvatosnak kell lenni” – mondja Huttner. “Ha genetikai manipulációt végzünk embereken, azt csak akkor tehetjük meg, ha az egy olyan betegség gyógyítására szolgál, ahol van egy abnormális mutáció, és visszaállítjuk az azonosított normális szekvenciát. Csak akkor. De hogy megpróbáljuk “javítani” az embereket, semmiképpen sem.”