Ученые из США и Швеции обнаружили ген LINC00662, который связан с развитием человеческого мозга. Ключом к открытию стало изучение древнего ретровируса шимпанзе PTERV1. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Специалисты сравнили работу генов в мини-мозгах, выращенных из стволовых клеток человека и шимпанзе.
Оказалось, что LINC00662 активен в трехмерных культурах человеческих нейронов, но не работает в аналогичных клетках шимпанзе. По словам научного сотрудника Патрисии Гердес, причиной этого может быть ретровирус PTERV1, характерный только для шимпанзе. Он подавляет активность гена в нейронах высших приматов.
Активное встраивание PTERV1 в геном предков шимпанзе происходило от 1,5 до 5 млн лет назад. Сейчас в геноме этих животных насчитывается около 150 копий вируса, часть из которых расположена в хромосоме №19. Эта хромосома заметно влияет на процессы формирования мозга. В человеческом геноме таких вставок нет.
Чтобы проверить действие вирусной последовательности, ученые вырастили из стволовых клеток человека и шимпанзе мозговые органоиды - трехмерные лабораторные модели некоторых этапов раннего развития нервной ткани. В человеческих моделях LINC00662 был активен, а в моделях шимпанзе - выключен. Затем с помощью редактирования генома исследователи удалили вирусную последовательность из клеток шимпанзе. После этого ген снова начал работать. Такой опыт показал, что именно древняя вставка участвует в его подавлении.
В обратном эксперименте LINC00662 выключили в человеческих органоидах. Это ослабило процессы, связанные с созреванием нейронов и ростом их отростков, через которые нервные клетки образуют связи. При подавлении гена сокращается количество возникающих нейронов и замедляется созревание нервной системы. Наиболее активно ген работает в человеческом эмбрионе на сроке от семи до одиннадцати недель, когда нервная ткань развивается особенно интенсивно.
Геномы человека и шимпанзе совпадают примерно на 99%, однако нервная система у этих видов развивается и стареет неодинаково. Это ограничивает возможности использования обезьян при изучении заболеваний, а также при поиске причин появления у человека речи и мышления. Ученые подчеркивают, что на развитие нервной ткани воздействуют не только гены, но и эпигенетические факторы.
Однако находка не объясняет все различия между мозгом человека и шимпанзе. Его устройство зависит от множества генов и условий развития. Удаление одной вставки не означает, что мозг шимпанзе станет человеческим, а опыты с органоидами не позволяют предсказать интеллект или поведение животного. Не исключено, что появись миллионы лет назад такая же вирусная вставка в геноме древних предков человека, она тоже смогла бы отключить ген LINC00662 и изменить развитие клеток мозга. Но предсказать конкретную форму, интеллектуальные способности или поведение на этом основании невозможно: результат зависел бы от окружающих участков человеческой ДНК и множества других генов.
Следы вируса PTERV1 находят не только у шимпанзе, но и у других африканских человекообразных обезьян, а вот у людей его нет. Почему предки человека не были заражены, пока неизвестно. Это новая задача для ученых. Исследователи допускают, что в геномах человека и других приматов могут существовать дополнительные примеры влияния древних вирусов на эволюцию головного мозга. Авторы рассматривают работу как пример того, как древние вирусы могли менять эволюцию через управление активностью генов. Теперь предстоит подробнее изучить функции LINC00662 и последствия его подавления в разных тканях.