Новости на Newstaraz.

Гены человека и шимпанзе работают по-разному

newstaraz.kz

фото pixabay.com

Гибридные обезьяно-человеческие клетки помогли увидеть различия в активности одних и тех же генов у нас и у шимпанзе.

Шимпанзе – наши ближайшие родственники, геномы человека и шимпанзе совпадают примерно на 99%. Тем не менее, вряд ли кто-то хоть на мгновение затруднится отличить человека от шимпанзе. Однопроцентное отличие по ДНК оказывается весьма существенным. И дело тут не столько в каких-то особых генах или мутациях, которые есть у нас и которых нет у шимпанзе. Дело в особых регуляторных участках в ДНК, которые управляют генетической активностью.

Такие регуляторные участки сами не кодируют никаких белков и никаких служебных РНК. Но зато они влияют на то, сколько белка или РНК будет получаться с того или иного гена. Различия между шимпанзе и людьми во многом обусловлены тем, что одни и те же гены без каких-либо особых мутаций работают у нас и у них с разной интенсивностью или с разным расписанием. То есть стоит сосредоточиться на отличиях, которые прячутся в регуляторных элементах.

Эти элементы бывают разные. Одни способны влиять на гены, которые отстоят далеко, и даже очень далеко от них – часто даже на другой хромосоме. Они называются транс-регуляторные элементы, и обычно управляют сразу многими генами. У близкородственных видов они работают обычно одинаково. Другие – цис-регуляторные элементы, они управляют тем геном, который сидит на ДНК тут же, рядом с ними. И в случае близкородственных видов отличия между ними часто бывают обусловлены именно отличиями в цис-элементах.

Исследователи из Стэнфорда изучали отличия в цис-элементах ДНК у человека и шимпанзе. Но изучали они их с помощью довольно своеобразного метода. Сначала зрелые человеческие и обезьяньи клетки превращали в стволовые – получались так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые по свойствам были похожи на клетки эмбриона: они могли бесконечно делиться и были способны превращаться в любой другой тип клеток. Затем эти искусственные стволовые клетки соединяли вместе, так что получались гибридные стволовые клетки, в которых одновременно была ДНК человека и ДНК шимпанзе.

Так поступали для того, чтобы геном человека и геном шимпанзе находился в одинаковом клеточном окружении. Дело в том, что если мы хотим изучать активность генов у разных видов, то нужно учитывать, что активность эта меняется во времени. В детстве наши гены работают иначе, чем в старости. Притом нужно не забывать, что разные организмы, пусть и близкородственные, могут развиваться, взрослеть и стареть с разной скоростью. И если мы видим, что какие-то гены у шимпанзе работают иначе, чем у человека, то нужно убедиться, что они работают в принципе иначе, а не из-за несовпадающих возрастных особенностей.
Кроме этого, есть и другие факторы, которые мешают увидеть роль регуляторных цис-элементов. И вот чтобы справиться со всеми такими факторами, клетки шимпанзе и клетки человека объединяли в одну. Дальше их подталкивали в сторону нервной специализации – из них должны были получиться клетки мозга.

Но и этим дело не ограничивалось: гибридные стволовые клетки росли в условиях, когда они могли образовать небольшую клеточную сферу, отчасти имитирующую очень маленький кусочек мозга, точнее, его коры. Когда клетка включена в трёхмерную структуру, когда у неё с разных сторон есть соседи, с которыми она обменивается информацией, то и гены у неё будут работать подобно тому, как если бы они работали в настоящем органе.

Сферы-органоиды из стволовых клеток имитировали самые ранние стадии развития мозга. За 200 дней, пока они росли, исследователи обнаружили различия в активности тысяч генов (то есть в одной и той же гибридной клетке гены обезьян и такие же гены людей работали по-разному). Все эти различия были обусловлены особенностями цис-регуляторных элементов.

В статье в Nature подробно обсуждается один из генов, SSTR2, который намного более активен в человеческих нейронах. SSTR2 кодирует рецептор к нейромедиатору соматостатину. Человеческие нейроны действительно более чувствительны к соматостатину, чем нейроны шимпанзе. Из-за более активного SSTR2 человеческие нейроны работают иначе; возможно, когнитивная разница между человеком и шимпанзе возникает во многом из-за SSTR2. Кстати, SSTR2 связан с психоневрологическими болезнями, такими как шизофрения и болезнь Альцгеймера. Не исключено, что это побочные эффекты его повышенной активности.

Похожий эксперимент поставили с объединёнными стволовыми клетками, которых направили развиваться в сторону лицевых костей и хрящей. Тут тоже удалось обнаружить ряд генов, работавших по-разному, и среди них особое внимание привлёк EVC2, который у шимпанзе был в шесть раз активнее. От EVC2 зависит целых 25 черт лица; но если говорить в целом, то менее активный EVC2 делает лицо (или морду) более плоским.

Однако в данном случае важно не столько то, что авторам работы удалось указать на те или иные гены, сколько появление нового метода, который позволяет сравнивать работу генов и их регуляторных элементов как они есть, не боясь влияния каких-то посторонних факторов. Исследователи пока не говорят о конкретных особенностях регуляторных цис-элементов, однако их метод позволяет точно указать на те гены, которые работают по-разному именно из-за таких регуляторов.
Дальше можно искать конкретные молекулярные особенности в их работе: это поможет не только лучше понять, как эволюционировал человек, но и что делать с разными заболеваниями, которые мы приобрели в ходе эволюции и которых нет у других животных.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь

newstaraz.kz
Вам также могут понравиться

Оставьте ответ

Ваш электронный адрес не будет опубликован.

newstaraz.kz

where to buy viagra buy generic 100mg viagra online
buy amoxicillin online can you buy amoxicillin over the counter
buy ivermectin online buy ivermectin for humans
viagra before and after photos how long does viagra last
buy viagra online where can i buy viagra
Translate »