چه اتفاقی می افتد که یک ژن انسانی را با نسخه نئاندرتال جایگزین کنید؟


تصویر دو جمجمه.
بزرگنمایی / تفاوت بین جمجمه انسان مدرن (چپ) و نئاندرتال به این معنی است که باید تفاوت هایی در نحوه رشد مغز آنها وجود داشته باشد.

تفاوتهای اصلی بین انسانهای مدرن و نزدیکترین بستگان ما ، نئاندرتالها و دنیسوانها چیست؟ به نظر نمی رسد از نظر نئاندرتال ها تفاوت آشکاری وجود داشته باشد. آنها از ابزارهای پیشرفته ای استفاده کردند ، هنر ساختند و در برخی شرایط بسیار سخت خود را تثبیت کردند. اما تا آنجا که می توانیم بگوییم ، کل جمعیت آنها هرگز زیاد نبوده است. وقتی انسانهای مدرن در اوراسیا به صحنه آمدند ، تعداد ما افزایش یافت ، ما حتی بیشتر گسترش یافتیم و نئاندرتالها و دنیسوان ها سرانجام آواره شدند و سرانجام ناپدید شدند.

با توانایی خود در به دست آوردن DNA باستان ، اکنون ژنوم نئاندرتال ها و دنیسوان ها را بررسی کرده ایم ، که به ما اجازه می دهد سوال مشخص تری بپرسیم: آیا برخی از اختلافات ما می تواند به دلیل ژنتیک باشد؟

این سه گونه از اقوام نزدیک هستند ، بنابراین تعداد تفاوت در پروتئین های ما نسبتاً کم است. اما یک تیم تحقیقاتی بین المللی بزرگ یکی از آنها را شناسایی کرده و دوباره به سلولهای بنیادی مشتق شده از انسان مدرن تبدیل کرده است. و محققان دریافتند که بافت عصبی ساخته شده از این سلولها تفاوتهای قابل توجهی با همان بافت رشد یافته با نسخه مدرن انسانی این ژن دارد.

دقیقاً فوق العاده نوا نیست

به عنوان اولین گام در کار آنها ، محققان مجبور شدند ژنی را برای هدف گیری تعیین کنند. همانطور که در بالا ذکر شد ، ژنوم هر سه گونه فوق العاده شبیه است. و شباهت فقط زمانی افزایش می یابد که به قسمتهایی از ژنوم که پروتئین ها را کد می کنند نگاه کنید. یک عارضه اضافی این است که برخی از نسخه های ژن موجود در نئاندرتال ها هنوز بخشی از جمعیت انسان مدرن هستند. آنچه محققان می خواستند انجام دهند یافتن ژنی است که در آن نئاندرتال ها و دنیسوانان یک نسخه دارند و تقریباً همه انسان های مدرن نسخه دیگری دارند.

از ده ها هزار ژن ، آنها فقط 61 مورد را یافتند که این آزمایش را گذرانده اند. او کسی بود که تصمیم گرفت تا روی آن تمرکز کند NOVA1. با وجود نام صدا ، NOVA1 به سادگی نامگذاری شد زیرا در ابتدا کشف شد که با سرطان در ارتباط است: آنتی ژن عصبی عصبی عصبی 1. نگاهی به درخت خانواده مهره داران نشان می دهد که نئاندرتال ها و دنیسوان نسخه ای از NOVA1 با همه چیز ، از نخستی های دیگر گرفته تا مرغ ، به این معنی که او در نیایی که پستانداران با دایناسورها مشترک داشتند ، حضور داشته است.

با این وجود تقریباً همه افراد نسخه متفاوتی از ژن دارند (هنگام جستجوی یک چهارم میلیون ژنوم در یک پایگاه داده ، محققان فقط توانستند سه مورد از نسخه نئاندرتال را شناسایی کنند). این تفاوت به سختی قابل توجه است – تبادل در یک اسید آمینه نزدیک در یک نقطه از ژن ، اما این تفاوت است. (برای کسانی که مراقبت می کنند ، این ایزولوسین برای والین است.)

ولی NOVA1 نوعی ژن است که در آن تغییرات کوچک به طور بالقوه می تواند تأثیر عمده ای بگذارد. RNA های مورد استفاده برای ساخت پروتئین در اصل از مخلوطی از قسمتهای مفید جدا شده توسط عناصر جداکننده فایده ای که نیاز به اتصال به یکدیگر بودند ، ساخته شده است. برای بعضی از ژن ها ، بخشهای مختلف را می توان به بیش از یک روش به هم متصل کرد ، و اجازه می دهد اشکال مختلف پروتئین از همان منبع RNA تولید شود. NOVA1 فرآیند اتصال را تنظیم می کند و می تواند تعیین کند که کدام شکل از چندین ژن در سلولهای فعال وجود دارد. برای NOVA1، سلولهایی که در آنها فعال است شامل بسیاری از قسمتهای سیستم عصبی است.

اگر پاراگراف آخر کمی گیج کننده بود ، نسخه کوتاه به شرح زیر است: NOVA1 می تواند انواع پروتئین های تولید شده در سلول های عصبی را تغییر دهد. و از آنجا که رفتار منطقه ای است که در آن انسانهای مدرن ممکن است با نئاندرتالها متفاوت بوده باشند ، این یک هدف جذاب این نوع تحقیقات است.

روی اعصاب ماست

مسلماً اخلاقیات در تلاش برای دیدن آنچه نسخه نئاندرتال با افراد واقعی انجام می دهد وجود دارد. اما برخی از فن آوری های توسعه یافته در دهه اخیر اکنون به ما امکان می دهد تا به طریقی کاملاً متفاوت به این مسئله نزدیک شویم. ابتدا محققان توانستند سلولها را از دو فرد مختلف بگیرند و آنها را به سلولهای بنیادی تبدیل کنند که قادر به رشد در هر سلول در بدن هستند. آنها سپس با استفاده از فناوری ویرایش ژن CRISPR نسخه انسانی این ژن را به نسخه نئاندرتال تبدیل کردند. (یا اگر کمتر خیرخواه هستید ، می توانید آن را نسخه مرغ بنامید.)

پس از انجام بازرسی های گسترده ای که نشان می دهد NOVA1 تنها ژنی است که توسط ویراستاران اصلاح شده است ، محققان سلولهای بنیادی را وادار به تشکیل سلولهای عصبی معمول در قشر مغز کردند.

خوشه های حاصل از سلول های عصبی وقتی توسط سلول هایی با نسخه نئاندرتال تشکیل می شوند ، کوچکتر بودند NOVA1، اگرچه این خوشه ها شکل سطح پیچیده تری دارند. سلولهای نئاندرتال نیز با سرعت بیشتری رشد می کنند و تمایل دارند روندی را که بیشتر به مرگ سلول ختم می شود ، طی کنند. بنابراین ، واضح بود که نسخه نئاندرتال با تبدیل شدن آنها به سلولهای عصبی ، رفتار سلولهای بنیادی را تغییر داد.

این اختلافات در سطح ژنتیکی نیز مشهود بود. تیم تحقیقاتی به دنبال تمام ژن هایی بودند که فعالیت (در اندازه گیری RNA پیام رسان) را در سلول های نئاندرتال تغییر می دهند. NOVA1. تعداد بسیار زیادی وجود داشت و آنها شامل برخی تنظیم کننده های اصلی رشد عصبی بودند. و ، همانطور که توسط تنظیم کننده اتصال ، انتظار می رود ، صدها ژن وجود دارد که تغییراتی در ترکیب پروتئین های رمزگذار RNA خود مشاهده می کنند.

به نظر می رسد بسیاری از این ژن ها در تشکیل و فعالیت سیناپس ها نقش دارند ، ارتباطات جداگانه بین سلول های عصبی که به آنها امکان می دهد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. جای تعجب نیست که این رفتار این روابط را تغییر داد. معمولاً سلولهای عصبی در کشت ارتباطات ایجاد می کنند و فعالیت آنها را هماهنگ می کنند. در سلولهای دارای نسخه نئاندرتال از NOVA1، هماهنگی کمتری وجود داشت و زمینه بالاتری از سلولهای عصبی که به طور تصادفی شلیک سیگنال می کردند ، وجود داشت.

موضوع زمینه ای است

نتایج به وضوح نشان می دهد که وجود نسخه نئاندرتال از NOVA1 چیز خوبی برای سلولهای عصبی انسان مدرن نیست. با این حال ، کمی بیشتر برای تعیین اینکه آیا تمام تغییرات توصیف شده در اینجا محصول تفاوتهای خاص بین دو شکل پروتئین است یا صرفاً نتیجه ناسالم بودن سلولهای عصبی به دلیل تنظیم نادرست ژن است ، لازم است.

اما محققان همچنین از تفسیر بیش از حد نتایج به طور کلی هشدار می دهند – اگرچه گویا است ، اما این نتایج نشانه روشنی نیست که تغییرات ژنتیکی مغز ما را از نزدیکترین بستگان متفاوت می کند.

تکامل نسخه انسانی این ژن در پس زمینه بسیاری از تغییرات ظریف دیگر در ژن های انسانی رخ داده است ، یا در توالی کدگذاری آنها یا (بیشتر اوقات) در توالی هایی که فعالیت آنها را تنظیم می کنند. این تغییرات می تواند به طور بالقوه هرگونه عوارض جانبی ناشی از تفاوت در عملکرد نسخه مدرن انسانی را جبران کند NOVA1. انتشار ناگهانی نسخه اصلی ژن می تواند مجدداً فقط به دلیل عدم تطابق ژن و همه این جبران ها منجر به اختلاف شود.

بنابراین مدتی طول خواهد کشید تا درک کنیم تفاوت این ژن تا چه اندازه برای مغز انسان و نئاندرتال قابل توجه است. اما مهمتر از همه ، اکنون پرسیدن این سالات به هیچ وجه امکان پذیر است. فناوری استفاده شده برای بدست آوردن این نتایج قبل از این قرن وجود نداشته است – ویرایش ژن CRISPR کمتر از یک دهه قدمت دارد. بنابراین ، واقعیتی که ما خیلی چیزها می دانیم بسیار شگفت آور است.

علوم ، 2021. DOI: 10.1126 / science.aax2537 (برای DOI).


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*