_ Studiu cuprinzător explorează influența expresiei genelor asupra evoluției creierului primatelor

O echipă interdisciplinară de cercetători condusă de biologi de la Universitatea din Massachusetts Amherst a publicat recent rezultatele unui studiu, primul de acest fel, care investighează legăturile dintre expresia genelor. și evoluția creierului la 18 specii de primate.

Echipa a colectat mostre de țesut cerebral provenite de la grădinile zoologice ale căror animale muriseră în mod natural, precum și de la oameni care și-au donat corpurile științei și apoi a secvențiat transcrierile ARN. din fiecare probă pentru a genera o hartă a fiecăreia dintre cele 17.000 de gene exprimate în creierul fiecărei primate.

Echipa a comparat apoi transcriptoamele ARN complet secvențiate ale fiecărei specii pentru a înțelege mai bine legăturile dintre genomică și evoluție și, eventual, oferă o perspectivă asupra nuanțelor activității creierului, precum și a bolilor neurodegenerative.

„Studiam evoluția creierului primatelor”, spune Katie Rickelton, autorul principal al lucrării publicate în eLife și candidat la doctorat în biologie moleculară și celulară. la UMass Amherst.

„Primatele, și în special oamenii, se definesc prin faptul că au creier foarte mare în comparație cu dimensiunea corpului lor – și totuși, oamenii, cimpanzeii și lemurii sunt toți foarte diferiți, în ciuda faptului că au secvențe ADN similare. Credem că această diferență poate fi explicată parțial prin care genele sunt exprimate la niveluri mai înalte sau mai scăzute.”

Alți cercetători au secvențiat ARN-ul în creierul primatelor, dar într-un domeniu mult mai limitat. „Dacă vom face să ne dăm seama ce îi face pe oameni unici printre primate”, spune autorul principal Courtney Babbitt, profesor asociat de biologie la UMass Amherst, „va trebui să studiem o selecție mai largă de primate și nimeni nu s-a uitat la un eșantion atât de mare până acum. .”

Pentru a-și desfășura cercetările, Rickelton, Babbitt și colegii lor au lucrat cu Institutul Național pentru Sănătatea Copilului și Banca de Țesuturi și Creier pentru Dezvoltare de la Universitatea din Maryland, National Chimpanzee Brain Resource. , și aproape o duzină de alte instituții care sunt respectate pe scară largă pentru sursele lor etice de țesut cerebral.

Echipa a obținut mostre din patru regiuni diferite ale creierului - inclusiv cortexul prefrontal, cortexul vizual primar, hipocampul și cerebelul - în fiecare dintre cele 18 specii investigate și a folosit nucleul genomic de la Institutul pentru Științe Aplicate a Vieții al UMass Amherst pentru a conduce secvențierea ARN.

ARN este pasul intermediar între ADN-planul general al fiecărei specii-și proteine ​​care construiesc de fapt un corp individual.

Numărul și tipurile de proteine ​​care pot fi produse sunt determinate de cantitatea de ARN, care este mapată cu transcriptoamele pe care Rickelton, Babbitt și colegii lor i-au generat. Și este o sarcină imensă.

„Am secvențiat fiecare dintre cele 17.000 de gene exprimate în fiecare dintre cele patru regiuni din cele 18 specii”, spune Babbitt. „Și am putut să le preluăm la o rezoluție foarte mare”, adaugă Rickelton. „Aceasta este cea mai bună serie de transcriptoame pe care o avem pentru creierul acestor 18 specii.”

Echipa căuta diferențe legate de o serie de funcții ale creierului legate atât de cogniție, cât și de metabolism, deoarece creierele complexe pe care noi oamenii le împărtășim cu rudele noastre primate necesită multă energie. Ei au descoperit un grad remarcabil de variație în gama de specii, de la om la loris pigmeu lent.

De exemplu, oamenii și cimpanzeii prezintă un nivel remarcabil de variație în comparație cu celelalte 16 specii, chiar dacă oamenii și cimpanzeii s-a ramificat relativ recent de restul marilor maimuțe, lăsând puțin timp selecției naturale să acționeze. Și, deși există diferențe în cele patru regiuni ale creierului eșantionate de echipa, cea mai mare parte a variației pare să fie explicabilă în primul rând prin evoluția speciilor.

Excepția, subliniază Rickelton, este cerebelul. „Din punct de vedere evolutiv, este cea mai veche parte a creierului”, spune Rickelton, „și astfel a avut cel mai mult timp să evolueze în moduri diferite pentru fiecare dintre specii.”

În cele din urmă, descoperirile echipei identifică anumite gene pentru studiu suplimentar care poate ajuta la explicarea evoluției creierului anumitor primate. Aceste gene pot ajuta la înțelegerea mai bună a nuanțelor activității creierului în fiecare dintre cele patru regiuni și pot oferi o perspectivă asupra diferitelor tulburări neurodegenerative umane, cum ar fi boala Alzheimer.

„Este unul dintre marile paradoxuri evolutive. : oamenii și cimpanzeii au aproape aceleași gene și totuși suntem atât de diferiți”, spune Babbitt. „Pentru a ne da seama ce ne face oameni, va trebui să ne uităm la expresia genetică a unei game largi de veri noștri evolutivi și exact asta am început să facem cu acest studiu.”

(Fluierul)