Τι συμβαίνει όταν αντικαθιστάτε ένα ανθρώπινο γονίδιο με την εκδοχή του Neanderthal;

Μεγέθυνση / Η διαφορά μεταξύ των σύγχρονων ανθρώπινων κρανίων (αριστερά) και του Νεάντερταλ σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχουν διαφορές στον τρόπο ανάπτυξης του εγκεφάλου τους.

Ποιες είναι οι κύριες διαφορές μεταξύ των σύγχρονων ανθρώπων και των στενότερων συγγενών μας, του Νεάντερταλ και του Ντενισοβάν; Για τους Νεάντερταλ, δεν φαίνεται να υπάρχει προφανής διαφορά. Χρησιμοποίησαν εξελιγμένα εργαλεία, έφτιαξαν τέχνη και καθιερώθηκαν σε πολύ σκληρά περιβάλλοντα. Όμως, όσο μπορούμε να πούμε, ο συνολικός πληθυσμός τους δεν ήταν ποτέ ιδιαίτερα υψηλός. Όταν οι σύγχρονοι άνθρωποι έφτασαν στη σκηνή στην Ευρασία ο αριθμός μας αυξήθηκε, εξαπλώσαμε ακόμη περισσότερο και οι Νεάντερταλ και Ντενισοβάν κατέληξαν να εκτοπιστούν και τελικά να εξαφανιστούν.

Χάρη στην ικανότητά μας να αποκτήσουμε αρχαίο DNA, έχουμε τώρα μια εικόνα για τα γονιδιώματα των Neanderthals και Denisovans, κάτι που μας επιτρέπει να κάνουμε μια πιο συγκεκριμένη ερώτηση: Θα μπορούσαν κάποιες από τις διαφορές μας να οφείλονται στη γενετική;

Και τα τρία είδη είναι στενοί συγγενείς, επομένως ο αριθμός των διαφορών στις πρωτεΐνες μας είναι σχετικά μικρός. Αλλά μια μεγάλη διεθνής ερευνητική ομάδα έχει εντοπίσει μια και την ανακάλυψε σε βλαστικά κύτταρα που προέρχονται από σύγχρονους ανθρώπους. Και οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο νευρικός ιστός που αποτελείται από αυτά τα κύτταρα είχε αξιοσημείωτες διαφορές από τον ίδιο ιστό που αναπτύχθηκε με τη σύγχρονη ανθρώπινη εκδοχή αυτού του γονιδίου.

Ένα όχι πολύ καλό NOVA

Ως το πρώτο βήμα στη δουλειά τους, οι ερευνητές έπρεπε να αποφασίσουν για ένα γονίδιο που θα στοχεύσουν. Όπως αναφέραμε παραπάνω, τα γονιδιώματα των τριών ειδών είναι εξαιρετικά παρόμοια. Και η ομοιότητα αυξάνεται μόνο όταν κοιτάζετε τα μέρη του γονιδιώματος που κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Μια επιπλέον επιπλοκή είναι ότι ορισμένες από τις γονιδιακές εκδόσεις που βρέθηκαν στο Neanderthals βρίσκονται ακόμη σε ένα κλάσμα του σύγχρονου ανθρώπινου πληθυσμού. Αυτό που ήθελαν να κάνουν οι ερευνητές ήταν να βρουν ένα γονίδιο στο οποίο οι Neanderthals και Denisovans είχαν μια εκδοχή και σχεδόν όλοι οι σύγχρονοι άνθρωποι είχαν μια άλλη.

READ  Οι επιστήμονες λένε ότι το 90% των καρχαριών βαθέων υδάτων στον κόσμο πέθαναν σε ένα μυστηριώδες γεγονός εξαφάνισης πριν από 19 εκατομμύρια χρόνια

Από δεκάδες χιλιάδες γονίδια, βρήκαν μόνο 61 που πέρασαν σε αυτό το τεστ. Αυτό που επέλεξαν να επικεντρωθούν ονομάστηκε ΝΟΒΑ1. Παρά το εκρηκτικό όνομα που ακούγεται, ΝΟΒΑ1 απλώς πήρε το όνομά του από το ότι αρχικά βρέθηκε να σχετίζεται με καρκίνο: Αντιγόνο νευρο-ογκολογικής κοιλίας 1. Μια ματιά στο οικογενειακό δέντρο των σπονδυλωτών δείχνει ότι οι Νεάντερταλ και Ντενισοβάν μοιράζονται μια έκδοση ΝΟΒΑ1 μαζί με τα πάντα, από άλλα πρωτεύοντα έως κοτόπουλα, πράγμα που σημαίνει ότι υπήρχε στον πρόγονο που τα θηλαστικά μοιράστηκαν με τους δεινόσαυρους.

Ωστόσο, σχεδόν όλοι οι άνθρωποι έχουν μια διαφορετική εκδοχή του γονιδίου (σε αναζήτηση ενός τετάρτου εκατομμυρίου γονιδιωμάτων σε μια βάση δεδομένων, οι ερευνητές μπορούσαν να εντοπίσουν μόνο τρεις περιπτώσεις της έκδοσης Neanderthal). Η διαφορά είναι λεπτή – ανταλλαγή ενός στενά συνδεδεμένου αμινοξέος σε ένα μέρος του γονιδίου – αλλά είναι η διαφορά. (Για όσους ενδιαφέρονται, είναι ισολευκίνη έως βαλίνη.)

Αλλά ΝΟΒΑ1 είναι το είδος του γονιδίου όπου οι μικρές αλλαγές μπορούν ενδεχομένως να έχουν μεγάλο αντίκτυπο. Τα RNA που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πρωτεϊνών αποτελούνται αρχικά από ένα μείγμα χρήσιμων μερών που διαχωρίζονται από περιττά διαχωριστικά που πρέπει να ματιστούν. Για ορισμένα γονίδια, τα διάφορα μέρη μπορούν να ματιστούν μαζί με περισσότερους από έναν τρόπους, επιτρέποντας την παραγωγή ξεχωριστών μορφών πρωτεΐνης από το ίδιο αρχικό RNA. ΝΟΒΑ1 ρυθμίζει τη διαδικασία ματίσματος και μπορεί να καθορίσει ποια μορφή διαφόρων γονιδίων παράγεται σε κύτταρα όπου είναι ενεργό. Για ΝΟΒΑ1, τα κύτταρα στα οποία είναι ενεργά περιλαμβάνουν πολλά μέρη του νευρικού συστήματος.

Εάν αυτή η τελευταία παράγραφος ήταν λίγο συγκεχυμένη, η σύντομη έκδοση είναι: ΝΟΒΑ1 μπορεί να αλλάξει τους τύπους πρωτεϊνών που παράγονται στα νευρικά κύτταρα. Και, επειδή η συμπεριφορά είναι ένας τομέας στον οποίο οι σύγχρονοι άνθρωποι μπορεί να ήταν διαφορετικοί από τους Νεάντερταλ, είναι ένας ενδιαφέρων στόχος για αυτόν τον τύπο μελέτης.

READ  Το Perseverance Mars Rover της NASA στέλνει την εικόνα του Crash Stage Crash στον Άρη

Στα νεύρα μας

Προφανώς, υπάρχουν ζητήματα ηθικής κατά την προσπάθεια να δούμε τι θα έκανε η εκδοχή του Νεάντερταλ στους πραγματικούς ανθρώπους. Ωστόσο, ορισμένες τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν κατά την τελευταία δεκαετία επιτρέπουν τώρα στην ερώτηση να προσεγγιστεί με πολύ διαφορετικό τρόπο. Πρώτον, οι ερευνητές μπόρεσαν να πάρουν κύτταρα από δύο διαφορετικά άτομα και να τα μετατρέψουν σε βλαστικά κύτταρα, ικανά να εξελιχθούν σε οποιοδήποτε κύτταρο στο σώμα. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν την τεχνολογία επεξεργασίας γονιδίων CRISPR για να μετατρέψουν την ανθρώπινη έκδοση του γονιδίου σε μια νεάντερταλ έκδοση. (Ή, εάν είστε λιγότερο φιλανθρωπικοί, μπορείτε να το ονομάσετε την έκδοση κοτόπουλου.)

Μετά από εκτεταμένους ελέγχους που το έδειξαν αυτό ΝΟΒΑ1 ήταν το μόνο γονίδιο που τροποποιήθηκε με επεξεργασία, οι ερευνητές προκάλεσαν τα βλαστικά κύτταρα να σχηματίσουν τους τυπικούς νευρώνες στον εγκεφαλικό φλοιό.

Οι προκύπτουσες συστάδες νευρικών κυττάρων ήταν μικρότερες όταν σχηματίστηκαν από κύτταρα με την έκδοση Neanderthal του ΝΟΒΑ1, αν και αυτά τα σμήνη έχουν πιο περίπλοκο σχήμα επιφάνειας. Τα κύτταρα στην έκδοση Neanderthal αναπτύχθηκαν επίσης πιο αργά και τείνουν να υποβάλλονται σε μια διαδικασία που συνήθως καταλήγει στον κυτταρικό θάνατο. Έτσι ήταν σαφές ότι η εκδοχή του Νεάντερταλ άλλαξε τη συμπεριφορά των βλαστικών κυττάρων όταν μετατράπηκαν σε νευρικά κύτταρα.

Οι γενετικές διαφορές ήταν επίσης εμφανείς. Η ερευνητική ομάδα αναζήτησε όλα τα γονίδια που είχαν αλλοιωμένη δραστηριότητα (όπως μετρήθηκε από τα επίπεδα του RNA messenger) σε κύτταρα με Neanderthals ΝΟΒΑ1. Υπήρχαν ορισμένοι από αυτούς και περιελάμβαναν βασικούς ρυθμιστές της νευρικής ανάπτυξης. Και, όπως αναμενόταν από έναν ρυθμιστή ματίσματος, υπήρχαν εκατοντάδες γονίδια που είδαν αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο τα RNA που κωδικοποιούν πρωτεΐνες.

Πολλά από αυτά τα γονίδια φαίνεται να εμπλέκονται στο σχηματισμό και τη δραστηριότητα των συνάψεων, τις ατομικές συνδέσεις μεταξύ των νευρικών κυττάρων που τους επιτρέπουν να επικοινωνούν μεταξύ τους. Δεν προκαλεί έκπληξη, αυτό άλλαξε τη συμπεριφορά αυτών των συνδέσεων. Κανονικά, τα νευρικά κύτταρα στην καλλιέργεια σχηματίζουν συνδέσεις και συντονίζουν τη δραστηριότητά τους. Σε κελιά με την έκδοση Neanderthal του ΝΟΒΑ1, υπήρχε λιγότερος συντονισμός και υψηλότερο υπόβαθρο των νευρικών κυττάρων που εκπέμπουν τυχαία σήματα.

READ  Παρακινήστε τους μαθητές σας να συμμετάσχουν στο μεγαλύτερο πρόγραμμα παρακολούθησης καρχαριών φαλαινών στον κόσμο

Θέμα πλαισίου

Τα αποτελέσματα δείχνουν ξεκάθαρα ότι η νεάντερταλ έκδοση του ΝΟΒΑ1 δεν είναι καλό για τα νευρικά κύτταρα των σύγχρονων ανθρώπων. Ωστόσο, θα χρειαστεί λίγη δουλειά για να καθοριστεί εάν όλες οι αλλαγές που περιγράφονται εδώ είναι προϊόν συγκεκριμένων διαφορών μεταξύ των δύο μορφών της πρωτεΐνης ή απλώς συνέπεια της κακής υγείας των νευρικών κυττάρων λόγω της κακής ρύθμισης των γονιδίων.

Ωστόσο, οι ερευνητές προειδοποιούν επίσης να μην ερμηνεύσουν τα αποτελέσματα γενικά – αν και υποδηλώνουν, αυτά τα αποτελέσματα δεν αποτελούν σαφή ένδειξη ότι οι γενετικές αλλαγές κάνουν τους εγκεφάλους μας θεμελιωδώς διαφορετικούς από αυτούς των στενότερων συγγενών μας.

Η εξέλιξη της ανθρώπινης έκδοσης αυτού του γονιδίου πραγματοποιήθηκε με φόντο πολλών άλλων λεπτών τροποποιήσεων στα ανθρώπινα γονίδια, είτε στις κωδικοποιητικές τους αλληλουχίες είτε (πιο συχνά) στις ακολουθίες που ρυθμίζουν τη δραστηριότητά τους. Αυτές οι αλλαγές θα μπορούσαν ενδεχομένως να αντισταθμίσουν τις δυσμενείς επιπτώσεις που προκαλούνται από τις διαφορές στη δραστηριότητα της σύγχρονης ανθρώπινης έκδοσης του ΝΟΒΑ1. Η ξαφνική απόρριψη της αρχικής έκδοσης του γονιδίου μπορεί να προκαλέσει διαφορές μόνο λόγω της αναντιστοιχίας μεταξύ του γονιδίου και όλων αυτών των αντισταθμίσεων.

Έτσι θα χρειαστεί λίγος χρόνος για να προσδιοριστεί τι σημαίνουν οι διαφορές σε αυτό το γονίδιο για τον εγκέφαλο του ανθρώπου και του Νεάντερταλ. Ωστόσο, η ουσία είναι ότι είναι τώρα δυνατό να κάνετε αυτές τις ερωτήσεις. Οι τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή αυτών των αποτελεσμάτων δεν υπήρχαν μέχρι αυτόν τον αιώνα – η επεξεργασία γονιδίων CRISPR είναι λιγότερο από μια δεκαετία. Έτσι το απλό γεγονός που γνωρίζουμε είναι αρκετά εκπληκτικό.

Science, 2021. DOI: 10.1126 / science.aax2537 (Σχετικά με τα DOI).

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *