Vitenskap og teknologi

Genetisk gjennombrudd avslører unike DNA-elementer som skiller mennesker fra andre arter

Forskere har identifisert spesifikke DNA-sekvenser, kjent som human-akselererte regioner (HARs), som kan forklare utviklingen av menneskets avanserte hjernefunksjoner.

Hovedpunkter:

  • HARs er DNA-segmenter som har gjennomgått raske mutasjoner siden menneskets evolusjonære skille fra sjimpanser.
  • Disse regionene fungerer som transkripsjonsforsterkere, som regulerer genuttrykk under hjerneutviklingen.
  • Spesielt HAR123 påvirker proliferasjonen av nevral stamceller, som er avgjørende for dannelsen av hjerneceller.
  • Moduleringen av forholdet mellom nevroner og gliaceller av HAR123 kan være knyttet til menneskets kognitive fleksibilitet.
  • Sammenligninger mellom menneskelige og sjimpanseversjoner av HAR123 viser betydelige forskjeller i molekylære og cellulære effekter.

I en banebrytende studie har forskere ved University of California San Diego School of Medicine avdekket molekylære mekanismer som kan forklare hva som gjør menneskets hjerne unikt sofistikert. Fokuset ligger på en klasse av genomiske elementer kalt human-akselererte regioner (HARs), som er DNA-segmenter som har gjennomgått raske mutasjoner siden menneskets evolusjonære skille fra sjimpanser for omtrent fem millioner år siden. Disse regionene antas å spille en sentral rolle i utviklingen av egenskaper som er eksklusive for Homo sapiens, spesielt innen nervesystemet.

Forskerteamet konsentrerte seg om en spesifikk human-akselerert region kalt HAR123. I motsetning til gener som koder for proteiner, fungerer HAR123 som en transkripsjonsforsterker—en molekylær dirigent som orkestrerer aktiveringen av målgener, og modulerer deres uttrykksnivåer og timing under utviklingen. Denne forsterkeren fungerer som en genetisk volumkontroll, som finjusterer når og hvor mye visse gener fremmer dannelsen og modningen av hjerneceller, og påvirker dermed arkitekturen og kompleksiteten til menneskets hjerne.

Det forskerne fant var bemerkelsesverdig: HAR123 påvirker direkte proliferasjonen av nevral stamceller, en grunnleggende cellepopulasjon i hjernens utviklingsbane. Disse stamcellene fungerer som et reservoar, og differensierer seg til de primære cerebrale celletypene—nevroner, som er ansvarlige for å behandle og overføre informasjon, og gliaceller, som gir kritisk støtte og beskyttelse til nevroner. Ved å regulere balansen og produksjonen av disse celletypene, former HAR123 den cellulære sammensetningen av hjernen, og gir potensielt mennesker avanserte nevrologiske funksjoner.

Videre antyder den subtile, men kritiske moduleringen av forholdet mellom nevroner og gliaceller drevet av HAR123 at denne forsterkeren påvirker ikke bare kvantiteten, men også den kvalitative naturen til hjernevevsutviklingen. Denne fine balansen antas å ligge til grunn for distinkte kognitive kapasiteter, inkludert den unikt menneskelige evnen til kognitiv fleksibilitet—en sofistikert kognitiv evne som lar individer forkaste foreldet informasjon og tilpasse seg nye kontekster og utfordringer, og danner grunnlaget for læring og problemløsning.

Den evolusjonære betydningen av HAR123 understrekes av komparative analyser mellom menneskelige og sjimpanseversjoner av denne forsterkeren. Laboratorieeksperimenter med induserte pluripotente stamceller og nevronale forløperceller dyrket in vitro avslørte betydelige forskjeller i molekylære og cellulære effekter. Disse funnene gir verdifull innsikt i de genetiske faktorene som skiller menneskets hjerne fra andre arter, og åpner nye veier for forskning på menneskets kognitive evner og nevrologiske lidelser.