Почему мы умнее цыплят: исследователи открыли часть белка, которая контролирует развитие нейронов

Бенджамин Бленкоу, профессор Центра Доннелли и кафедры медицинских исследований Университета Торонто, и его команда обнаружили, как небольшое изменение в белке под названием PTBP1 может стимулировать создание нейронов — клеток, из которых состоит мозг, — которые могут стимулировали эволюцию мозга млекопитающих, чтобы стать самым большим и сложным среди позвоночных.
Исследование опубликовано в журнале Science от 20 августа.
Размер и сложность мозга у позвоночных сильно различаются, но неясно, как возникли эти различия. Например, люди и лягушки эволюционировали отдельно в течение 350 миллионов лет и имели очень разные способности мозга.

Тем не менее, ученые показали, что они используют удивительно похожий репертуар генов для построения органов в теле.
Так почему же такое же количество генов, которые также включаются или выключаются аналогичным образом у разных видов позвоночных, порождают широкий диапазон размеров и сложности органов??
Ключ кроется в процессе, который изучает группа Бленкоу, известном как альтернативный сплайсинг (AS), посредством которого генные продукты собираются в белки, которые являются строительными блоками жизни. Во время АС фрагменты генов, называемые экзонами, перетасовываются, образуя белки различной формы.

Это как LEGO, где некоторые фрагменты могут отсутствовать в окончательной форме белка.

AS позволяет клеткам производить более одного белка из одного гена, так что общее количество различных белков в клетке значительно превосходит количество доступных генов.

Способность клетки регулировать разнообразие белков в любой момент времени отражает ее способность играть разные роли в организме. Предыдущая работа Бленкоу показала, что распространенность АС увеличивается с увеличением сложности позвоночных. Таким образом, хотя гены, из которых состоят тела позвоночных, могут быть похожи, белки, которые они порождают, гораздо более разнообразны у животных, таких как млекопитающие, чем у птиц и лягушек.

И нигде АС не встречается более широко, чем в мозгу.
«Мы хотели посмотреть, может ли AS управлять морфологическими различиями в мозге разных видов позвоночных», — говорит Серж Героусов, аспирант лаборатории Бленкоу, ведущий автор исследования. Ранее Герусов помог идентифицировать PTBP1 как белок, который принимает у млекопитающих другую форму в дополнение к той, которая является общей для всех позвоночных. Вторая форма PTBP1 млекопитающих короче, потому что небольшой фрагмент опускается во время AS и не принимает окончательную форму белка.

Может ли эта недавно приобретенная версия PTBP1 у млекопитающих дать ключ к разгадке эволюции нашего мозга??
PTBP1 является одновременно целью и основным регулятором AS. Задача PTBP1 в клетке — не дать ей стать нейроном, удерживая AS сотен других генных продуктов.

Героусов показал, что в клетках млекопитающих присутствие второй, более короткой версии PTBP1 запускает каскад событий AS, изменяя чашу весов белкового баланса, так что клетка становится нейроном.

Более того, когда Герусов сконструировал куриные клетки, чтобы сделать более короткий, похожий на млекопитающих, PTBP1, это инициировало события AS, которые обнаруживаются у млекопитающих.
«Одним из интересных выводов нашей работы является то, что этот конкретный переход между двумя версиями PTBP1 мог повлиять на время, когда нейроны создаются в эмбрионе таким образом, который создает различия в морфологической сложности и размере мозга», — говорит Бленкоу. также профессор кафедры молекулярной генетики.

По мере того, как ученые продолжают просеивать бесчисленные молекулярные события, происходящие в наших клетках, они будут продолжать находить ключи к разгадке того, как возникли наши тела и разум.
«Это верхушка айсберга с точки зрения полного набора изменений AS, которые, вероятно, сыграли важную роль в развитии эволюционных различий», — говорит Бленкоу.

Портал обо всем