В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Neuron, Косик и его коллеги описывают роль микроРНК — названных так потому, что они содержат всего 22 нуклеотида — в части мозга, называемой внешней субвентрикулярной зоной (OSVZ). Эти микроРНК относятся к особой категории некодирующих генов, препятствующих образованию белков.«Это микроРНК, которые обеспечивают схему соединений, определяющую, какие гены включены, когда они включены и где они включены», — сказал Косик, который также является содиректором научно-исследовательского института нейробиологии UCSB и профессором кафедры. Кафедра молекулярной, клеточной биологии и биологии развития. «Есть базовый набор, с помощью которого можно построить всевозможные действительно сложные вещи, и эти некодирующие гены знают, как это собрать».
Исследователи искали эти некодирующие гены, продолжил Косик, потому что по мере того, как организмы становятся более сложными в процессе эволюции, количество этих некодирующих генов значительно увеличивается. «Но кодирующие гены — те, которые производят белки — на самом деле не сильно изменились», — сказал он. «Действие происходило в этой некодирующей области, и то, что делает эта часть генома, контролирует гены».Многие из микроРНК, которые команда Косика обнаружила и впоследствии секвенировала, недавно эволюционировали у приматов. Работа показала, что эти крошечные контрольные элементы были чрезмерно представлены в OSVZ развивающихся тканей мозга макака, которые они проанализировали. Образцы тканей были предоставлены лабораторией Института исследования стволовых клеток и мозга недалеко от Лиона, Франция, которую возглавляет научный руководитель и соавтор Колетт Дехай.
Результаты исследования показывают, что появление OSVZ во многом связано с изобретением новых микроРНК. «Возможно, существует некоторая связь — хотя мы не можем это доказать — между изобретением некоторых из этих новых некодирующих генов, микроРНК, и появлением новой структуры, OSVZ», — сказал Косик. «Попытка связать анатомическое, морфологическое изобретение с генами очень сложно, но наша работа показывает возможную молекулярную основу для инструментов, которые были необходимы для создания этой новой структуры».Анализ показал, что эти новые микроРНК нацелены на старые гены, многие из которых участвуют в клеточном цикле, который отвечает за деление клеток (митоз). «Почти все клетки на протяжении эволюции имеют клеточный цикл», — объяснил Косик. «Мы можем наблюдать эволюционный процесс на очень молекулярном уровне, видеть, что нового и как молекулярные инновации влияют на то, что уже существует, например, на клеточный цикл. Когда в процессе эволюции изобретаются новые вещи, они должны быть интегрированы с тем, что уже существует.
«Что меня удивляет, так это то, что всему древнему клеточному механизму деления клеток все еще остается достаточно эволюционного пространства, чтобы создать что-то новое и создать что-то новое, действительно сложное», — добавил он. «OSVZ дала начало расширенному мозгу приматов и клеткам, которые в конечном итоге привели нас к Шекспиру».По словам Косика, изученные им микроРНК представляют собой смесь молекулярной и анатомической информации. «Некоторые из генов, которые мы обнаружили, которые являются мишенями этих новых микроРНК, также вовлечены в определенные генетические нарушения развития человека», — сказал он.«Одно место, куда мы хотели бы пойти с этой информацией, — это изучить пути, которыми можно манипулировать, чтобы каким-то образом помочь пациентам», — сказал он. «Мы знаем, что у людей с нарушениями развития может отсутствовать критически важный ген, участвующий в формировании и проводке мозга, поэтому, возможно, если бы мы поняли контроль этих генов — как указывают эти новые данные — мы могли бы сделать что-то, что могло бы применяться к человеческому состоянию ".