Новое исследование дает представление об этом, демонстрируя, что ген, контролирующий наши биологические часы, также играет жизненно важную роль в регулировании специфичных для человека генов, важных для эволюции мозга. Выводы Института мозга О’Доннелла открывают новые возможности для изучения того, как белки CLOCK, продуцируемые геном CLOCK, влияют на функцию мозга и процессы, с помощью которых нейроны находят свое надлежащее место в мозге.
«Люди искали гены, которые важны для эволюции мозга, в контексте нашего более крупного, сложенного мозга», — сказала доктор Женевьев Конопка, нейробиолог из Института мозга Питера О’Доннелла-младшего в Юго-Западном Университете штата Калифорния. «Теперь у нас есть доказательства того, что CLOCK регулирует многие гены за пределами циркадных ритмов, поэтому мы можем поместить их в качестве ключевой точки в иерархии важных молекулярных путей развития и эволюции человеческого мозга».Человеческий мозг заметно больше, чем мозг нашего ближайшего родственника, шимпанзе. Но поскольку сам по себе размер не учитывает когнитивные способности — у млекопитающих, таких как киты и дельфины, мозг больше, — ученые пытались понять, что делает человеческий мозг умнее.Исследования доктора Конопки были сосредоточены на неокортексе, области мозга с характерными складками, которая связана со зрением и слухом и считается самой недавно развившейся частью коры.
В 2012 году ее лаборатория опубликовала исследование, в котором было обнаружено, что экспрессия CLOCK в неокортексе человека повышена по сравнению с мозгом других приматов. Полученные данные вызвали дополнительные вопросы о том, что эти белки биологических часов делают в нервной области, которая традиционно не считается центром функции циркадного ритма.Новое исследование, опубликованное в Genes Разработка предлагает несколько ответов:ЧАСЫ регулируют набор генов, важных для эволюции мозга, которые имеют различия в том, где и в какой степени они экспрессируются, по сравнению с другими приматами.
ЧАСЫ регулируют гены, связанные с когнитивными расстройствами, и играют важную роль в миграции нейронов человека — процессе, посредством которого нейроны, рожденные в других частях мозга, перемещаются в соответствующие нейронные цепи. Дефекты этого процесса миграции приводят к ряду когнитивных расстройств.Полученные данные предполагают, что можно гораздо больше узнать о различных функциях, контролируемых ЧАСАМИ, которые были определены в 1997 году доктором Джозефом С. Такахаши из UT Southwestern.
Его новаторское открытие расширило результаты исследований плодовых мух, получивших Нобелевскую премию, показав, что биологические часы существуют у млекопитающих. После открытия доктора Такахаши многочисленные исследования показали связь между функцией ЧАСОВ и проблемами со здоровьем, такими как рак, когнитивные расстройства и депрессия.Исследование доктора Конопки, в котором использовались посмертные ткани мозга и человеческие нейроны в культуре, является первым исследованием роли ЧАСОВ в неокортексе человека.«Новая функция гена CLOCK в головном мозге, не связанная напрямую с циркадными ритмами, является неожиданной, и ее возможная роль в эволюции неокортекса человека очень интересна», — сказал доктор Такахаши, автор-корреспондент нового исследования, председатель доктор нейробиологии в Юго-Западном Юта, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и обладатель почетной кафедры неврологии им.
Лойда Б. Сэндса.Лаборатория Конопки будет стремиться расширить результаты, изучая органоиды мозга — по сути, миниатюрный человеческий мозг, выращенный в чашке, — чтобы понять конкретные цели, которые регулирует CLOCK.Команда будет управлять ЧАСАМИ в этих тканях и задокументировать изменения в их функциях, такие как дефекты миграции нейронов или развитие других типов клеток. В исследовании доктора Конопки будут также задействованы «гуманизированные мыши», у которых в неокортексе повысился уровень ЧАСОВ.
Лаборатория будет отслеживать различные изменения в развитии и поведении мозга.«Мы очень многого не знаем о развитии и эволюции человеческого мозга», — сказал доктор Конопка, доцент нейробиологии и научный сотрудник Джон Хейтен в области исследований аутизма. «Мы собираем больше кусочков головоломки, чтобы понять, какие гены связаны с другими».