Zašto naš mozak funkcioniše drugačije?
Svima je poznato da DNK ima ključnu ulogu u prenosu genetičkih informacija kroz generacije. Pored toga, neophodna je za biosintezu proteina, a određeni deo DNK se transkribuje u RNK koja ima regulatornu ulogu. Da li ste znali da je nekodirajuća DNK zaslužna za evoluciju našeg mozga i da nam je to omogućilo drugačije funkcionisanje u odnosu na naše srodnike? Naravno, to nije jedinstveni faktor, ali je nesumnjivo veoma bitan.
Šta nas razlikuje od naših srodnika?
Najbliži čovekov preživeli srodnik jeste šimpanza. Nastali su od zajedničkog pretka, a evolucioni putevi su im se razdvojili pre oko 5 ili 6 miliona godina. Razlike u strukturi, veličini i specijalizaciji mozga su zasnovane na molekularnim mehanizmima koji su mnogo složeniji nego što se ranije mislilo. Jedan od glavnih vidljivih ishoda tih razlika jeste povećanje kognitivnih funkcija kod ljudi. Sam proces neurogeneze je strogo regulisan i uključuje niz kompleksnih biohemijskih procesa. Istraživanja na ovom polju su i dalje intenzivna i smatraju se krucijalnim za sve dalje eksperimente vezane za čoveka.
Razlike u veličini mozga kod čoveka i srodnika
Izvor slike: https://www.nature.com/articles/nn0302-190?foxtrotcallback=true
„Junk DNK“ u osnovi fenomena
U Švedskoj, naučnici Univerziteta u Lundu, otkrili su region nekodirajuće DNK koja može objasniti fenomen i princip evolucije ljudskog mozga. Sam eksperiment je sproveden na matičnim ćelijama koje su određenim tehnikama dalje diferencirane u nervne. Dakle, ćelija kože je uzeta, reprogramirana u matičnu ćeliju i onda je ta matična ćelija diferencirana u nervnu. Ishod eksperimenta je pokazao da je suštinska razlika kod ljudi i šimpanzi ta, da iste sekvence DNK imaju drugačiju ulogu. To, zapravo, leži u osnovi evolucije našeg mozga. „Junk (višak) DNK“, za koju se smatralo da nema funkciju, pokazalo se suprotno. Time je pobijena teorija da su kodirajuće sekvence najznačajnije za funkcionisanje ćelije. Istraživanje je ispraćeno i objavljeno u časopisu “Cell Stem Cell”. Tehnika koja je omogućila nova saznanja u Lundu je priznata Nobelovom nagradom za fiziologiju ili medicinu 2012. godine, zahvaljujući otkrićima japanskog naučnika Šinja Jamanake da se određene ćelije mogu reprogramirati i diferencirati u druge vrste ćelija.
Familije gena, bitan faktor
Pored uloge „junk DNK“, važnu ulogu u evoluciji ljudskog mozga imala je familija proteina koji poseduju domene cinkanih prstiju (KZFP – KRAB-containing zinc-finger proteins) zahvaljujući kojoj je omogućeno prepoznavanje faktora transkripcije. Mnogi KZFP se eksprimiraju u ljudskom mozgu i integrišu u regulatorne neuronske mreže, a sam ljudski genom kodira za oko 350 KZFP. Ovi načini ekspresije razlikuju se između čoveka i šimpanze. Vremenom je primećeno da su većina KZFP-a transkripcioni represori. Oni se uglavnom međusobno razlikuju po broju i sekvenci domena koji se vezuju za DNK, pri čemu se značajno razlikuju kod međusobno srodnih vrsta. Identifikovan je i faktor transkripcije ZNF558 gen koji kontroliše ekspresiju gena, SPATA18. Eksprimiran je kod ljudi, dok kod šimpanzi nije primećen. Ovaj faktor igra ključnu ulogu u održavanju mitohondrijalne homeostaze, a i dokazano je da utiče na razvoj mozga tokom ranog embrionalnog razvića. Ekspresija ZNF558 gena je kontrolisana sekvencama koje su tandemski ponovljene, a njihova dužina je veća kod šimpanzi, nego kod ljudi. Suštinski, geni koji kodiraju proteine su konzervisani, a uticaj supstitucije amino-kiselina na samu evoluciju još nije dovoljno razjašnjen.
Evolucija i istorija ZNF558
Izvor slike: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1934590921003842?via%3Dihub
- Ortolozi i paralozi ZNF558 (filogenija)
- Procenat ortologne sekvence proteina koja odgovara sekvenci humanog ZNF558
(C) Odnos svih ZNF558 ortologa
(D) Struktura domena ZNF558
(E) Genetička varijacija ZNF558 u ljudskoj populaciji
Kompleksnost kao prepreka
Istraživanja na ovim poljima se smatraju najkompleksnijim istraživanjima u modernoj nauci. Broj faktora koji imaju uticaj na sam razvoj mozga i dalje je većinski nepoznat. Prisutne su i diferencijalne ekspresije gena prilikom razvoja cerebruma primata što dodatno komplikuje situaciju. Uticaj na evoluciju je takođe poprilično neispitan. Naučnici polažu nade da će budući eksperimenti biti od koristi i primenljivi u svrhe lečenja psihijatrijskih bolesti poput šizofrenije.
Izvori:
