mars 4, 2021

Nettnord.no

Næringsnett Nord-Troms

Hva skjer når du erstatter et humant gen med sin Neanderthal-versjon?

Hva skjer når du erstatter et humant gen med sin Neanderthal-versjon?

Forstørre / Forskjellen mellom moderne menneskeskall (til venstre) og Neanderthal betyr at det må være noen forskjeller i hvordan hjernen deres utvikler seg.

Hva er de viktigste forskjellene mellom moderne mennesker og våre nærmeste slektninger, neandertalere og denisovaner? For Neanderthals ser det ikke ut til å være noen form for åpenbar forskjell. De brukte sofistikerte verktøy, laget kunst og bosatte seg i noen veldig tøffe omgivelser. Men så vidt vi vet var befolkningen generelt ikke særlig høy. Da moderne mennesker ankom stedet i Eurasia, økte antallet vårt, vi utvidet oss enda mer, og neandertalerne og denisovanerne ble fordrevet og til slutt utryddet.

Med vår evne til å skaffe eldgamle DNA, har vi nå sett på genomene til både neandertalere og denisovaner, slik at vi kan stille et mer spesifikt spørsmål: Kan noen av våre forskjeller skyldes genetikk?

Alle de tre artene er nære slektninger, så antall forskjeller i proteinene våre er relativt små. Men et stort internasjonalt forskerteam har identifisert en og modifisert den for å gjøre den til stamceller hentet fra moderne mennesker. Og forskerne fant at nevrale vev laget av disse cellene har bemerkelsesverdige forskjeller fra det samme vevet som vokser med den moderne menneskelige versjonen av dette genet.

EN NOVA ikke helt super

Som et første skritt i arbeidet måtte forskerne bestemme hvilket gen de skulle målrette mot. Som vi nevnte tidligere, er genomene til de tre artene ekstremt like. Og likheten øker bare når du ser på delene av genomet som koder for proteiner. En ekstra komplikasjon er at noen av versjonene av gener som finnes i neandertalere fremdeles finnes i en brøkdel av den moderne menneskelige befolkningen. Det forskerne ønsket å gjøre var å finne et gen der både neandertalere og Denisovans hadde en versjon og nesten alle moderne mennesker hadde en annen.

READ  Se dramatiske nye videoer av NASAs Perseverance Rover som lander på Mars

Av titusenvis av gener fant de bare 61 som besto denne testen. Den de valgte å fokusere på ble kalt NOVA1. Til tross for navnet som høres eksplosivt ut, NOVA1 ble oppkalt bare etter at det opprinnelig ble funnet å være assosiert med kreft: Ventralt neuro-onkologisk antigen 1. En titt på virveldyrs slektstre viser at neandertalere og Denisovans deler en versjon av NOVA1 med alt fra andre primater til kyllinger, noe som betyr at det var tilstede i forfedren som pattedyr delte med dinosaurer.

Imidlertid har nesten alle mennesker en annen versjon av genet (i et søk på en kvart million genomer i en database, var forskerne bare i stand til å identifisere tre forekomster av Neanderthal-versjonen). Forskjellen er subtil, bytte av en nært beslektet aminosyre på et sted i genet, men det er en forskjell. (For de som er bekymret, er det isoleucin til valin.)

Men NOVA1 det er den typen gen der små endringer kan ha stor innvirkning. RNAene som brukes til å lage proteiner er opprinnelig laget av en blanding av nyttige deler skilt av ubrukelige avstandsstykker som må skjøtes sammen. For noen gener kan forskjellige deler spleises sammen på mer enn en måte, slik at forskjellige former for et protein kan lages fra samme start-RNA. NOVA1 regulerer skjøtingsprosessen og kan bestemme hvilken form for flere gener som produseres i celler der den er aktiv. Til NOVA1cellene der det er aktivt inkluderer mange deler av nervesystemet.

Hvis det siste avsnittet var noe forvirrende, er kortversjonen denne: NOVA1 det kan endre typene proteiner som produseres i nerveceller. Og siden oppførsel er et område der moderne mennesker kan ha vært forskjellige fra neandertalere, er det et spennende mål for denne typen studier.

READ  Ingeniører har foreslått den første modellen for en fysisk mulig deformasjonsenhet

På nervene

Åpenbart er det etiske spørsmål i å prøve å se hva Neanderthal-versjonen ville gjort hos virkelige mennesker. Men noen teknologier som er utviklet i løpet av det siste tiåret, lar oss nå nærme oss spørsmålet på en helt annen måte. For det første klarte forskerne å ta celler fra to forskjellige mennesker og gjøre dem til stamceller, i stand til å bli til en hvilken som helst celle i kroppen. De brukte deretter CRISPR-genredigeringsteknologi for å konvertere den menneskelige versjonen av genet til Neanderthal-versjonen. (Eller hvis du er mindre veldedig, kan du kalle det kyllingversjonen.)

Etter å ha gjennomført omfattende kontroller som indikerte at NOVA1 var det eneste genet som ble endret ved redigering, induserte forskerne stamceller til å danne de typiske nevronene i hjernebarken.

De resulterende nevrale cellegruppene var mindre når de består av celler med Neanderthal-versjonen av NOVA1, selv om disse gruppene hadde en mer kompleks overflateform. Celler med Neanderthal-versjonen vokste også saktere og hadde en tendens til å gjennomgå en prosess som ender oftere i celledød. Så det ble klart at Neanderthal-versjonen endret oppførselen til stamceller ved å bli til nerveceller.

Forskjellene var også tydelige på genetisk nivå. Forskergruppen lette etter gener som hadde endret aktivitet (målt ved RNA-nivåer av messenger) i celler med Neanderthal. NOVA1. Det var ganske mange av dem, og de inkluderte noen viktige regulatorer for neuronal utvikling. Og som forventet fra en spleisningsregulator, var det hundrevis av gener som så endringer i måten deres proteinkodende RNA ble satt sammen.

Mange av disse genene ser ut til å være involvert i dannelsen og aktiviteten av synapser, de individuelle forbindelsene mellom nervecellene som gjør at de kan kommunisere med hverandre. Som forventet endret dette oppførselen til disse forbindelsene. Normalt danner nerveceller i kultur forbindelser og koordinerer deres aktivitet. I celler med Neanderthal-versjonen av NOVA1, var det mindre koordinasjon og høyere bakgrunn for nerveceller som avfyrte tilfeldige signaler.

READ  Utallige mennesker ble vaksinert under en bybegivenhet basert på de gamle statlige fedmekriteriene Koronavirus

Et spørsmål om kontekst

Resultatene viser tydelig at det å ha Neanderthal-versjonen av NOVA1 det er ikke bra for nervecellene til moderne mennesker. Imidlertid vil det fortsatt være behov for litt mer arbeid for å avgjøre om alle endringene som er beskrevet her er et produkt av spesifikke forskjeller mellom de to formene av proteinet eller bare en konsekvens av usunne nerveceller på grunn av dårlig regulering av genene.

Men forskerne advarer også mot å fortolke resultatene generelt; Selv om det er suggestivt, er ikke disse resultatene en klar indikasjon på at genetiske endringer gjør hjernen vår vesentlig forskjellig fra våre nærmeste slektninger.

Utviklingen av den menneskelige versjonen av dette genet fant sted i sammenheng med mange andre subtile endringer i humane gener, enten i deres kodende sekvenser eller (oftere) i sekvensene som regulerer deres aktivitet. Disse endringene kan potensielt kompensere for skadelige effekter forårsaket av forskjeller i aktiviteten til den moderne menneskelige versjonen av NOVA1. Plutselig å slippe den opprinnelige versjonen av genet igjen kan gi forskjeller på grunn av uoverensstemmelsen mellom genet og alle disse kompromissene.

Så det vil ta en stund å avgjøre hvor mye forskjellene i dette genet betyr for hjerner hos mennesker og neandertalere. Men nøkkelen er at det nå er mulig å stille disse spørsmålene. Teknologiene som ble brukt til å produsere disse resultatene eksisterte ikke før dette århundret; CRISPR-genredigering er under ti år gammel. Så det faktum at vi vet dette er ganske fantastisk.

Vitenskap, 2021. DOI: 10.1126 / science.aax2537 (Om DOI).