Ποντίκια έλαβαν ανθρώπινο DNA και ο εγκέφαλός τους μεγάλωσε - Τι λέει αυτό για τη νοημοσύνη μας

Σε μελέτη που δημοσιεύεται στο Nature, αναφέρεται ότι ένα μικρό κομμάτι ανθρώπινου DNA μπορεί να αυξήσει τον εγκέφαλο των ποντικιών κατά 6,5%. Αν και δεν υπάρχει κάποια πρακτική εφαρμογή, οι επιστήμονες είναι σε θέση να εξηγήσουν πώς μικρές διαφορές στο DNA μεταξύ των ανθρώπων και των πλησιέστερων συγγενών τους μπορεί να οδηγήσουν σε τόσο μεγάλες διαφορές στο μέγεθος του εγκεφάλου. Η έρευνα προσφέρει μοναδικές πληροφορίες και θα μπορούσε στο μέλλον να βοηθήσει στην κατανόηση νευροαναπτυξιακών παθήσεων, όπως ο αυτισμός ή η σχιζοφρένεια. Για παράδειγμα, ο εγκέφαλος του ανθρώπου τριπλασιάστηκε όταν διαχωρίστηκε από τον χιμπατζή πριν από εκατομμύρια χρόνια.

Γενετικοί ενισχυτές και ο ρόλος τους στην ανθρώπινη εξέλιξη

Οι ερευνητές εξέτασαν μια μικρή αλληλουχία DNA με την ονομασία HARE5, που ανήκει σε μια ομάδα σχεδόν ίδιων αλληλουχιών σε όλα τα θηλαστικά, εκτός από τον άνθρωπο. Αυτές οι αλληλουχίες (HAR ή Human Accelerated Regions) μεταλλάχθηκαν έντονα μετά τον διαχωρισμό μας από τα υπόλοιπα πρωτεύοντα, αλλά δεν σχετίζονται με κάποιες πρωτεΐνες. Αντίθετα, λειτουργούν ως ενισχυτές γειτονικών γονιδίων -και πλέον υπάρχουν σχετικές αποδείξεις. Το HARE5 βρίσκεται κοντά στο γονίδιο FZD8, το οποίο παίζει κρίσιμο ρόλο στη ρύθμιση της ανάπτυξης του εγκεφάλου, ενισχύοντας την υπόθεση ότι οι αλλαγές σε αυτές τις περιοχές μπορεί να είναι κινητήριες δυνάμεις της ανθρώπινης γνωστικής εξέλιξης.

Για την αποσαφήνιση του ρόλου της αλληλουχίας HARE5, χρησιμοποιήθηκαν τελευταίας τεχνολογίας εργαλεία, όπως γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί ποντικιών, ανθρώπων και χιμπατζήδων, καθώς και μονοκυτταρική αλληλούχιση RNA. Όταν οι ερευνητές αντικατέστησαν την αλληλουχία HARE5 στα ποντίκια με την ανθρώπινη, οι εγκέφαλοι των ποντικιών αυξήθηκαν τόσο σε όγκο όσο και σε πολυπλοκότητα. Η διαφορά στην εγκεφαλική ανάπτυξη εμφανίστηκε κυρίως στον προμετωπιαίο φλοιό, περιοχή που σχετίζεται με ανώτερες γνωστικές λειτουργίες, όπως η λήψη αποφάσεων και η κοινωνική συμπεριφορά.

Με περαιτέρω αναλύσεις σε μικροσκόπιο, παρατήρησαν περισσότερα ακτινωτά γλοιακά κύτταρα — έναν τύπο νευρικού βλαστοκυττάρου που πολλαπλασιάζεται στα πρώιμα στάδια της ανάπτυξης και δίνει γένεση σε νευρώνες. Τα τροποποιημένα ποντίκια παρήγαγαν περισσότερους διεγερτικούς νευρώνες και παρουσίασαν όχι μόνο περισσότερα κύτταρα, αλλά και πιο εξελιγμένα νευρωνικά κυκλώματα. Οι επιστήμονες εντόπισαν επίσης αυξημένη πλαστικότητα στις συνάψεις, ένδειξη ότι τα κυκλώματα του εγκεφάλου αυτών των ποντικιών είναι πιο ευέλικτα και πιθανόν πιο αποδοτικά.

Για να επιβεβαιώσουν τα ευρήματα, οι επιστήμονες μετέφεραν την αλληλουχία HARE5 και σε χιμπατζήδες και παρατήρησαν το ίδιο φαινόμενο: περισσότερα ακτινωτά γλοιακά κύτταρα και ταχύτερη ωρίμανση του εγκεφάλου. Αυτή η προσέγγιση είναι σπάνια λόγω ηθικών περιορισμών στα πειράματα με πρωτεύοντα, αλλά το γεγονός ότι τα αποτελέσματα επαναλήφθηκαν δείχνει πως το ανθρώπινο HARE5 είναι λειτουργικά μοναδικό.

Το WNT μοριακό μονοπάτι και η πιθανή σύνδεσή του με τη γνωστική υπεροχή του ανθρώπου

Σε επόμενο στάδιο, οι ερευνητές ανέλυσαν την αλληλουχία HARE5 αναζητώντας μεταλλάξεις. Τελικά, εντόπισαν τέσσερις που παρατηρούνται αποκλειστικά στο ανθρώπινο DNA, και κάθε μία λειτουργεί ως ενισχυτής του μοριακού μονοπατιού WNT, το οποίο εμπλέκεται στην ανάπτυξη των νευρώνων. Οι αλλαγές αυτές πιστεύεται ότι επιταχύνουν την παραγωγή εγκεφαλικών κυττάρων στις πρώτες εβδομάδες της εμβρυϊκής ανάπτυξης, προσφέροντας εξελικτικό πλεονέκτημα.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η HARE5 είναι μόνο μία από τις 3.000 αλληλουχίες HAR. Καθεμία πιθανώς συμβάλλει σε ένα μικρό κομμάτι της εξέλιξης του ανθρώπινου εγκεφάλου, ενώ όλες μαζί αλληλεπιδρούν με πολύπλοκους τρόπους, ενισχύοντας, καταστέλλοντας ή ανακατευθύνοντας τα μοριακά μονοπάτια. Όπως λένε οι επιστήμονες, πρόκειται για εξέλιξη όχι βάσει δύναμης αλλά λεπτών ρυθμίσεων. Η κατανόηση αυτών των ρυθμίσεων μπορεί να αποκαλύψει το βιολογικό υπόβαθρο μοναδικών ανθρώπινων χαρακτηριστικών, όπως η γλώσσα, η τέχνη και η αυτογνωσία.