Interdisciplinarni tim istraživača predvođen biolozima sa Univerziteta Masačusets Amherst nedavno je objavio rezultate prve studije ove vrste koja istražuje veze između ekspresije gena i evolucije mozga kod 18 vrsta primata.
Tim je prikupio uzorke moždanog tkiva dobijenih iz zooloških vrtova čije su životinje umrle prirodnim putem, kao i od ljudi koji su donirali svoja tela nauci, a zatim je sekvencirao RNK transkripte iz svakog uzorka kako bi napravio mapu svakog od 17.000 eksprimiranih gena. u mozgu svakog primata.
Tim je zatim uporedio potpuno sekvencionirane RNK transkriptome svake vrste kako bi bolje razumeo veze između genomike i evolucije i možda pružio uvid u nijanse moždane aktivnosti, kao i neurodegenerativne bolesti.
„Mi proučavamo evoluciju mozga primata“, kaže Kejti Rikelton, vodeći autor rada objavljenog u eLife-u i doktorant iz molekularne i ćelijske biologije na UMass Amherst.
„Primati, a posebno ljudi, su definisani tako što imaju veoma veliki mozak u poređenju sa veličinom njihovog tela – a ipak, ljudi, šimpanze i lemuri su svi veoma različiti uprkos tome što imaju slične sekvence DNK. Mislimo da se ta razlika može delimično objasniti kojim genima izraženi su na višim ili nižim nivoima“.
Drugi istraživači su sekvencionirali RNK u mozgu primata, ali u mnogo ograničenijem obimu. „Ako želimo da otkrijemo šta ljude čini jedinstvenim među primatima“, kaže viši autor Kortni Bebit, vanredni profesor biologije na UMass Amherst, „moraćemo da proučavamo širi izbor primata, a niko nije tražio na tako velikom uzorku ranije.“
Da bi sproveli svoje istraživanje, Rikelton, Bebit i njihove kolege su sarađivali sa Nacionalnim institutom za zdravlje dece i ljudski razvoj mozga i Bankom tkiva za razvojne poremećaje na Univerzitetu Merilend, Nacionalnim resursom za mozak šimpanze i sa skoro desetak drugih institucija koje su široko poštovani zbog svog etičkog izvora moždanog tkiva.
Tim je dobio uzorke iz četiri različita regiona mozga – uključujući prefrontalni korteks, primarni vizuelni korteks, hipokampus i mali mozak – u svakoj od 18 vrsta koje se istražuju i koristio je genomsko jezgro na Institutu za primenjene životne nauke UMass Amherst za sprovođenje sekvenciranja RNK .
RNK je srednji korak između DNK — master plana svake vrste — i proteina koji zapravo grade individualno telo.
Broj i vrste proteina koji se mogu proizvesti određuju se količinom RNK, koja je mapirana sa transkriptomima koje su generisali Rikelton, Bebit i njihove kolege. I to je ogroman zadatak.
„Sekvencionisali smo svaki od 17.000 gena izraženih u svakom od četiri regiona u 18 vrsta“, kaže Bebit. „I uspeli smo da ih uzorkujemo u veoma visokoj rezoluciji“, dodaje Rikelton. „Ovo je najbolja serija transkriptoma koju imamo za mozgove ovih 18 vrsta.“
Tim je tražio razlike u vezi sa mnoštvom moždanih funkcija koje se odnose i na kogniciju i na metabolizam, jer veliki i složeni mozgovi koje mi ljudi delimo sa našim primatima zahtevaju mnogo energije. Otkrili su izuzetan stepen varijacije u rasponu vrsta, od ljudi do pigmejskih sporih lorisa.
Na primer, ljudi i šimpanze pokazuju izuzetan nivo varijacija u poređenju sa ostalih 16 vrsta, iako su se ljudi i šimpanze relativno nedavno razgranali od ostatka velikih majmuna, ostavljajući malo vremena da prirodna selekcija deluje. I iako postoje razlike u četiri regiona mozga koje je tim uzorkovao, čini se da se većina varijacija prvenstveno može objasniti evolucijom vrsta.
Izuzetak, ističe Rikelton, je mali mozak. „To je evolutivno najstariji deo mozga“, kaže Rikelton, „i zato je imao najviše vremena da evoluira na različite načine za svaku od vrsta“.
Konačno, nalazi tima identifikuju određene gene za dalja istraživanja koja mogu pomoći da se objasni evolucija mozga određenih primata. Ovi geni mogu pomoći da se bolje razumeju nijanse moždane aktivnosti u svakom od četiri regiona, kao i da pruže uvid u različite ljudske neurodegenerativne poremećaje, kao što je Alchajmerova bolest.
„To je jedan od velikih evolucionih paradoksa: ljudi i šimpanze imaju prilično iste gene, a ipak smo toliko različiti“, kaže Bebit. „Da bismo shvatili šta nas čini ljudima, moraćemo da pogledamo genetski izraz širokog spektra naših evolucionih rođaka, a to je upravo ono što smo počeli da radimo sa ovom studijom.“
