دانش آگاهی پلی به سوی دانایی | محققان مکس پلانک از چگونگی بزرگ شدن مغز انسان می گویند

یک تغییر کوچک با نتایج قابل توجه به احتمال زیاد یک جایگزینی تکی نوکلئوتیدی در مسیر فرگشت انسان باعث گسترش بخش نئوکورتکس مغز شده است

چه چیزی انسان را از میمون ها و ایپ ها (کپی ها) متمایز می کند?

احتمالا ژن ARHGAP11B جزء چیزهایی است که انسان را خاص می کند: این ژن تنها در گونه انسان وجود دارد و منجر به توسعه سلولهای بنیادی مغز شده است.

محققین بخش ژنتیک و زیست شناسی سلولی، ملکولی موسسه ماکس پلانک واقع در درسن به نتایج باورنکردنی دست یافته اند: یک جابه جایی در یک جفت باز[1] در ژن ARHGAP11B در نهایت پاسخ توانایی پروتئین ARHGAP11B در تقویت و توسعه سلول های بنیادی مغز باشد، این فرایندی است که تصور می شود زمینه ساز توسعه بخش نئوکورتکس[2] مغز در گونه انسان مدرن (انسان امروزی) شده است. در طی فرگشت، ژنوم گونه انسان دستخوش تغییرات نامحسوسی شده است که این تغییرات زمینه ساز گسترش [شبکه عصبی.م] بخش ویژه ای از مغز با عنوان نئوکورتکس گردیده است.این بخش از مغز مسئول فعالیت های شناختی از قبیل صحبت کردن و فکر کردن در انسان است.

Wieland Huttner مدیر گروه تحقیقاتی و مدیر موسسه مکس پلانک در درسن به همراه تیم خود اخیرا نشان داده اند که ژن ARHGAP11B کلید چگونگی تنظیم اندازه مغز است. بر اساس یافته های Svante Paabo از مرکز انسان شناسی فرگشتی ماکس پلانک در لیپزینگ که در این پروژه مشارکت داشته است، این ژن تنها در خویشآوندان نزدیک ما مثل نئاندارتال ها و یا انسانهای دنیسوا دیده شده ولی در خویشآوندان دورتر ما مثل شامپانزه ها این ژن پیدا نشده است، علاوه بر این ARHGAP11B باعث افزایش یک گروه خاصی از سلول های بنیادی با نام نیایاخته[3] (basal progenitors) می شود که در توسعه نئوکورتکس نقش داشته و همچنین باعث پیچ خوردگی های بخش نئوکورتکس در مغز موشها می شود.

یک حرف C در بخشی از DNA به حرف G تبدیل شده است. یک تغییر کوچک که تفاوتهای بزرگی ایجاد کرده است

ژن ویژه گونه انسان ARHGAP11B از طریق یک تکثیر جزئی از ژن موجود در اکثر گونه ها با عنوان ARHGAP11A در حدود 5 میلیون سال پیش زمانی که اجداد ما از خط فرگشتی شامپانزه ها جدا شدند و در مسیر فرگشت به اجداد مشترک انسان امروزی، نئاندرتالها و دنیسوانها قرار گرفتند، به وجود آمده است.با این حال جهش بزرگ در توسعه نئوکورتکس بعدها آغاز شد، تقریبا دو میلون سال پیش. اما این مطلب که چگونه ARHGAP11B می تواند نقش کلیدی در افزایش اندازه نئوکورتکس ایفا کند، محققین را شگفت زده کرده است.

در مورد ARHGAP11B چیزهای بیشتری از این که تنها در گونه انسان دیده می شود، وجود دارد که آن را منحصربفرد خواهد کرد:

غیر از اینکه این ژن تنها ویژه گونه انسان است، این ژن پروتئینی را کد گذاری می کند شامل زنجیره ای از 47 اسیدآمینه ی است که تنها در انسان یافت می شود و این به علت است که[4] mRNA این ژن در غیاب 55 نوکلئوتید خود در خواندن فریم کدهای این بخش از DNA دچار جابه جایی شده و باعث تولید پروتئینی با 47 اسید آمینه که تنها ویژه انسان است می شود.

Wieland Huttner وMarta Florio دانشجویی دکترا در گروه تحقیقاتی Huttner در ابتدا تصور می کردند عدم وجود این 55 نوکلئوتید به همان زمان 5 میلیون سال قبل که این ژن در یک تکثیر جزئی ژن به وجود آمده بود، بازمی گردد. اما بعدا آنها با شگفتی متوجه شدند که این 55 نوکلئوتید تا امروز همچنان در ARHGAP11B DNA وجود دارند و تنها زمانی ناپدید می شوند که mRNA مربوط به ژن ARHGAP11B تولید می شود.این اتفاق با یک جابجایی کد C به G در ژن ARHGAP11B به وجود می آید. یک تغییر واقعا کوچک در سطح مولکولی در میان ژنوم انسان که شامل بیش از 3 میلیارد جفت باز نوکلئوتیدی است.اما به هرحال بر خلاف این رخداد بسیار کوچک نتایج در کل کوچک نیستند: یک جهش که منجر به از بین رفتن 55 زنجیره نوکلئوتیدی[5] از mRNA ژن ARHGAP11B می شود که این به نوبه خود منجر به تولید زنجیره 47 اسید آمینه در پروتئن ARHGAP11B شده که تنها به گونه انسان اختصاص دارد و این همان چیزی بود که منجر به افزایش فراوانی basal progenitors شد و در نهایت این افزایش، نقش کلیدی برای توسعه تکاملی بخش نئوکورتکس مغز انسان ایفا کرد.

بازسازی یک نسخه اجدادی ژن

در ادامه تحقیقات این دانشمندان متوجه شدند که این جابه جایی C به G در جفت باز در ARHGAP11B احتمالا بسیار بعدتر از 5 میلیون سال پیش که این ژن به وجود آمد رخ داده است، زمانی بین 1.5 میلیون تا 500 هزار سال قبل.محققان درسدن برای اطمینان بیشتر از نقش این جابجایی در این باز در عملکرد پروتئنین ARHGAP11B یک نمونه باستانی از ژن ARHGAP11B مانند آن چیزی که در 5 میلیون سال قبل به وجود آمده بود را اینبار بدون آن یک جابه جایی در جفت باز آن ساختند و در موش های آزمایشگاهی مورد آزمایش قرار دادند. نتیجه به دست آمده بسیار قابل توجه بود، وقتی که این ژن در موشها در مرحله بیان ژن[6] قرار گرفت و پروتئین مانند ARHGAP11B باستانی را به وجود آورد این پروتئین باعث افزایش فراوانی نیایاخته در موش ها نشد. این یافته که تنها یک جهش نقطه ای ممکن است در توسعه بخش نوکورتکس مغز نقش داشته باشد بسیار قابل توجه است.

Huttner می‌گوید: این تغییر در ابعاد ژنومی بسیار کوچک است اما این تغییر در عملکرد پایه آن بوده و پیامدهای تکاملی آن- این یک جابجایی در جفت باز احتمالا عامل شروع افزایش تکاملی اندازه مغز بوده که این خود ممکن است باعث شده باشد صحنه برای تبدیل کردن انسان به یک گونه خاص محیا شود. جهش های نقطه ای نادر نیستند اما در مورد ARHGAP11B به نظر میرسد مزایای آن بسیار سریع در روند فرگشت انسان اثر داشته است.

نتیجه این تحقیقات در مجله نیچر به چاپ رسیده است.

پانوشت(منبع ویکیپدیا)

[1] در زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک، به دو نوکلئوتید با ترکیبات مکمل مخالف روی رشته‌های آران‌ای (RNA) و دی‌ان‌ای (DNA)، که با پیوند هیدروژنی به هم متصل شده‌اند، اطلاق می‌شود. در مدل جفت باز واتسون و کریک برای DNA، آدنین(A) با تیمین(T) و گوانین (G) با سیتوزین(C) جفت باز تشکیل می‌دهند.

[2] نوقِشر یا نئوکورتکس (neocortex)، که با نام نئوپالیوم (neopallium = نوپوشه) و ایزوکورتکس (isocortex = برابرقشر) نیز شناخته می‌شود، بخشی از مغز پستانداران است. این بخش لایهٔ بیرونی دو نیم‌کره مغزی است و خود از شش لایه I تا VI تشکیل شده است که VI درونی‌ترین و I بیرونی‌ترین لایه آن است. نوقشر بخشی از قشر مغز است و در همه پستانداران، در عملکرد حواس، تولید دستورهای حرکتی، تصمیم‌گیری مکانی، خودآگاهی و زبان نقش دارد. ویکیپدیا

[3] نیایاخته یا سلول پروژنیتور (انگلیسی: Progenitor cell) یاخته‌ای است که مانند بن‌یاخته‌ها به اشتقاق به یاخته‌های ویژه تمایل دارد اما برخلاف یاختهٔ بنیادین، تنها به یک گونهٔ هدف مشتق می‌گردد. تفاوت اساسی میان نیایاخته و بن‌یاخته (سلول بنیادی) در آن است که یک یاختۀ بنیادی می‌تواند به صورت نامحدود همانندسازی کند درحالیکه یک نیایاخته تنها دفعات محدودی قادر به همانندسازی است. نیایاخته گاهی با بن‌یاخته یکسان در نظر گرفته می‌شود.

[4] 'آران‌ای پیام‌رسان (mRNA) یک گروه مهم از RNA هستند که یک برنامه ژنتیکی را برای تولید یک محصول پروتئینی، رمز می‌کند. mRNA، از یک الگوی DNA رونویسی می‌شود و اطلاعات کدینگ را به مکان‌های سنتز پروتئین یعنی ریبوزومها، حمل می‌کند. در این مکان، پلیمرهای اسید نوکلئیک به پلیمرهای اسید آمینه (پروتئین)، ترجمه می‌شود.

[5] نوکلئوتیدها مولکول‌های ترکیب‌های آلی (ارگانیک) هستند که مونومر (تکپار) و یا پیش‌واحد اسیدهای نوکلئیک به حساب می‌آیند مانند؛ (دی‌ان‌ای DNA) (اسید دئوکسی ریبونوکلئیک)، و (آران‌ای RNA) (اسید ریبونوکلئیک).

[6] بیان ژن فرایندی است که در آن اطلاعات درون ژن استفاده می‌شود تا یک محصول کاربردی از آن بدست آید. محصول ژنها عمدتاً پروتئین‌ها هستند و از محصولات غیر پروتئینی می‌توان به rRNA،tRNA،snRNA اشاره کرد. فرایند بیان ژن به وسیله تمام یوکاریوت‌ها و پروکاریوت‌ها (باکتری‌ها و..). مراحل مختلفی را می‌توان برای فرایند بیان ژن در نظر گرفت که عموماً شامل رونویسی، اتصال RNA، ترجمه و تغییرات بعد از ترجمه یک پروتئین می‌باشد.