Ген ARHGAP11B обеспечил увеличение неокортекса в ходе эволюции человека

Неокортекс человека больше, чем у других приматов, за счет увеличенного количества нейронов — именно поэтому наши когнитивные способности выше, чем у других видов. Рост неокортекса в человеческом организме связан с геном ARHGAP11B, который экспрессируют преимущественно клетки-предшественники коры головного мозга (cNPCs). Этот ген специфичен для человека.

Ранее было установлено, что избыточная экспрессия ARHGAP11B в мозге эмбрионов мышей и хорьков увеличивает пролиферацию и количество cNPCs и размер префронтальной коры. В экспериментах с трансгенными мышами экспрессия гена приводила не только к увеличению мозга, но и к улучшению когнитивных способностей. Однако до сих пор было неясно, участвовал ли этот ген в увеличении мозга гоминид в процессе эволюции. Исследователи из Германии решили выяснить, какую роль играет наличие или отсутствие этого гена в мозге шимпанзе и человека.

Чтобы исследовать функцию гена, ученые использовали церебральные органоиды мозга шимпанзе и человека — трехмерные структуры диаметром несколько миллиметров, выращенные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Такие органоиды обладают почти всеми признаками развивающегося неокортекса, в том числе с их помощью можно наблюдать за двумя основными классами cNPCs: апикальными предшественниками (AP) и базальными предшественниками (BP).

Экспрессия специфичного для человека ARHGAP11B в органоидах головного мозга шимпанзе увеличила количество BP. Особенно заметным было увеличение обилия клеток базальной радиальной глии (bRG) — одного из типов BP. Эти клетки считаются ключевыми для эволюции неокортекса млекопитающих; по мнению ученых, именно они обеспечивают экспансию неокортекса. Через 15 дней после индукции экспрессии ARHGAP11B в органоидах шимпанзе увеличилось количество корковых нейронов верхнего слоя, что ранее было ассоциировано с улучшением когнитивных способностей.

Ингибирование белка ARHGAP11B в органоидах мозга человека, напротив, снизило количество BP до уровня шимпанзе. Нокаут соответствующего гена привел к существенному снижению содержания bRG в органоидах.

Основываясь на полученных результатах, исследователи пришли к выводу, что ген ARHGAP11B внес основной вклад в развитие неокортекса человека в ходе эволюции.

«Учитывая эту важную роль ARHGAP11B, можно предположить, что определенные пороки развития неокортекса могут быть вызваны мутациями в этом гене», — комментирует одна из ведущих авторов Джулия Ладевиг, сотрудница Института трансляционных исследований мозга имени Гектора (Германия).

Ранее мы писали об аминокислотной замене, которая могла вызвать когнитивное превосходство человека над неандертальцем.