İnsan-Spesifik Genleri Beyin Boyutunu Belirliyor.

NOTCH2NL olarak bilinen bir gen ailesinin üç üyesi insanların büyük korteksinin evriminde rol oynamış olabilir.

Soldan sağa:orangutan, goril, şempanze, insan ve Neanderthal kafatası.

Son birkaç milyon yılda, insanların ve insan atalarının beyinleri pirimat akrabalarına göre daha hızlı evrilerek daha büyük ve kompleks bir hale geldi. Bu ilerlemenin moleküler ve genetik mekanizmasının temelleri henüz anlaşılamamış olsa da 31 Mayısta insanlarda daha büyük beyinlerin oluşumunda rol oynayabilen bir gen ailesinin tanımlandığı iki çalışma Cell dergisinde yayınlandı. NOTCH2NL gen ailesi, insan beyni kortikal gelişiminde ve nöral progenitör hücre yenilenmesi desteklenmesi sürecinde eksprese olur.

“Biz insan-spesifik genlerinin beyin gelişimdeki etkisinin nasıl olduğu hakkında çok az şey biliyoruz ve bu olayların iç mekanizmasını anlamada bazı önemli bilgiler sağlıyor.” diyor çalışmalara katılmayan Kuzey Carolina'daki Duke Üniversitesi'nde bir nörobilimci olan Debra Silyer. “Her iki çalışma da Notch’in progenitörlerdeki rolünü araştırmak için tamamlayıcı yaklaşımlar kullanıyor ve gerçekten de benzer sonuçlar görüyorlar.”

“Biyolojide genellikle, son derece korunmuş olan şeylerin çok önemli olduğunu düşünmeye eğilimliyiz.” diyor çalışmanın yazarlarından gelişimsel nörobiyoloji uzmanı Pierre Vanderhaeghen. “Sadece süper korunmuş olan şeylere bakarsak, insanın evrimi sırasında neler olup bittiğini asla öğrenemeyiz, [çünkü] insana özgü genler tanım olarak mevcut değildir.”

Nöral Progenitörleri Güçlendirmek İçin Doğal Bir Deney

Vanderhaeghen ve meslektaşları, kortikal gelişimdeki benzersiz insan genlerini araştırmak için, gebeliğin 7 ve 21 haftaları arasında gerçekleşen medikal gebelik sonlandırmalarından sonra toplanan insan fetal kortikal dokulardan RNA'yı diziledi. İnsanlara ve onların atalarına özgü 35 genin, genlerin aslında proteinleri kodladığını öne süren açık okuma çerçeveleriyle (open reading frames) tanımladılar. 35 gen, gen duplikasyonları ile ortaya çıktı ve 24 gen ailesinin bir parçasıydılar.

Araştırmacılar daha sonra, gelişmekte olan farelerin beyinlerine, kortikal nörogenez sırasında progenitörlerin ifadelerine dayanarak seçilen gen ailelerinden dokuzunun elektroporasyonunu yaptılar. Belirli bir genin, B gibi (NOTCH2NLB) bir NOTCH2 N-terminali kazanımının, tipik bir farklılaşma zamanlarını takip etmekten ziyade, bir progenitör durumda hücreleri koruduğunu bulmuşlardır. NOTCH2NLB, memeliler arasında korunan ve Notch sinyal yolu yoluyla nörogenezde yer aldığı bilinen NOTCH2 ile ilişkilidir.

Sonrasında bu takım NOTCH2NLB’nin fonksiyonunu kortikal gelişimin in vitro insan embriyonik kök hücre modelinde manipile etti. Grup, aşırı ekspresyonunun, prognitör hücrelerin hücre döngüsüne yeniden girişine yol açtığını ve Notch sinyal yolu yoluyla, kortikal progenitör hücrelerin karşılık gelen genişlemesine ve bu progenitörlerden gelen nöronların miktarında bir artışa neden olduğunu gösterdi.

Daha fazla NOTCH2NLB aktivitesinin nöronal progenitör popülasyonunu arttırabileceğini gösteren Vanderhaeghen, nörogenezin gelişimi sırasında neler olabileceğini taklit ettiğini söylüyor. NOTCH2 duplikasyonları, gerçek yaşamda bir yarar fonksiyonu işlevi görerek, insan korteksinde diğer hayvanların beyinlerinde bulunandan daha nöronal progenitörlere ve nöronlara yol açabilirdi.

Gen Duplikasyonları Nöral Progenitörlerin Korunmasına Yardım Ediyor.

Frank Jacobs ile başlayan diğer çalışma, University of California’da Sofie Salama ve David Haussler ile birlikte insan ve rhesus makak embriyonik kök hücrelerinin in vitro nörogenezini karşılaştırmak, iki türdeki kortikal gelişimi karşılaştırma amacıyla devam ediyor. “Notch geni, NOTCH2NL, hakkında biz hiçbir şey bilmiyoruz, fakat bu şaşırtıcı patern insanlarda temel olarak tüm zamanlarda açık olarak bulunurken ve makaklarda kapalı olarak bulunur.” diyor Salama. Böylece biz de insana ait bir gen olduğunu anladık.”.

Yazarlar, NOTCH2NL'nin genomik bağlamını araştırdıklarında, üçü ilk kromozomda kümelenen—NOTCH2NLA, NOTCH2NLB, NOTCH2NLC— dört NOTCH2NL aile üyesini tanımladılar. Analizler, NOTCH2NL benzeri genlerin, goriller ve şempanzeler dahil olmak üzere diğer primatlarda bulunduğunu ve NOTCH2'nin bir duplikasyonundan geldiğini ortaya çıkarmıştır. Ancak işlevsel NOTCH2NL genleri olan tek tür insanlar ve en yakın ataları, Neandertaller ve Denisova'lardır. Diğer primatlarda NOTCH2NL aile üyeleri psödogenlerdir (yalancı gen). Araştırmacılar, NOTCH2NL'nin, promotör ile NOTCH2'nin ilk ekzonu NOTCH2NL ile birleştiren bir gen dönüşüm olayından sonra 3.5 milyon yıl önce homininlerde işlevsel hale geldiğini belirlemiştir. Bu daha uzun gen, daha sonra A, B ve C'ye neden olacak şekilde çoğaltıldı.

Vanderhaeghen ve meslektaşlarının bulguları ile tutarlı olarak, ekip insan fetal dokularındaki m-nöral progenitör hücrelerde NOTCH2NL ekspresyonunu, onun over-ekspresyonunun fare korical gelişimini etkilediğini ve NOTCH2NL’in Notch sinyal yolağında işlevini buldular. NOTCH2NL genlerini insan embriyonik kök hücrelerinden sildiklerinde kortikol hücre gelişimine yönlendiler. NOTCH2NL olmadan organa benzer yapılar daha küçüktür ve gelişimde daha erken nöronlar yapmışlardır, bu da normal insan beynindeki NOTCH2NL'nin progenitör popülasyonlarının farklılaşmasını geciktirdiğini düşündürmektedir.

İnsan Kortical Hücreleri , SUZUKI ET AL.

Çeviren ve Düzenleyen: Merve Gül TURAN

Kaynak: https://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/54725/title/Human-Specific-Genes-Implicated-in-Brain-Size/ (Erişim Tarihi: 10.06.2018 )

#insan-spesifik #genleri #beyin #boyutunu #belirliyor.