چگونه ژن هایی که مغز انسان را بزرگ کردند، به وجود آمدند؟ - مجله پیامکی

دانشمندان به تازگی در مطالعه ای دریافته اند که به وجودآمدن ژن های تازه در مغز انسان باعث شد مغز ما نسبت به اجدادمان بزرگ تر گردد.

گروهی از پژوهشگران در مطالعه ای تازه به آنالیز این موضوع پرداخته اند که چگونه دسته تازهی از ژن ها پس از جدایی گونه انسان از دیگر نخستی ها تکامل پیدا کردند. محققان می گویند پس از کسب اطلاعات درباره شیوه تکامل این ژن ها متوجه شدند که آن ها نقش مهمی در افزایش مقدار مغز انسان ها ایفا نموده اند.

بیشتر ژن هایی که از آن ها حرف می زنیم، پروتئین ها را کدگذاری می نمایند. اطلاعات درون DNA به یک پیغام رسان RNA منتقل و بعد در یک پروتئین ترجمه می گردد. اگر این پروتئین ساخته نگردد، ژن مربوطه عملکردی نخواهد داشت. البته دسته ای از ژن ها هم هستند که درون RNA قرار می گیرند و به پروتئین تبدیل نمی شوند، اما نقش بسیار مهمی دارند.

از زمان کشف اولین RNA کاربردی در بدن در دهه 1950، این لیست به آرامی درحال توسعه است و حالا دسته های متعددی از آران ای های کاربردی وجود دارند که پروتئین ها را کدگذاری نمی نمایند. این ژن ها کار های مختلفی - از دستکاری فعالیت ژن های کدگذار بر پروتئین ها گرفته تا حفظ کروموزوم ها و متصل کردن تکه های بی استفاده از پیغام رسان های RNA - را انجام می دهند.

یکی از این دسته ها آران ای های دراز غیرکدگذار یا IncRNA است. این ها شباهت زیادی به پیغام رسان های RNA دارند و شکستنشان سخت تر است. اما به جای این که در فرایند ترجمه شدن به پروتئین ها استفاده شوند، به همراه DNA در هسته سلول می مانند؛ جایی که در گذشته کنترل فعالیت سایر ژن ها را بر عهده داشتند.

ولی مطالعه ژن هایی که در گونه انسان ها تازه تلقی می شوند، نشان داده است که تفاوت های میان IncRNA و پیغام رسان های RNA گاهی اوقات در فرایند فرگشت از بین می روند. محققان دریافته اند که تعدادی از ژن های کدگذار بر پروتئین ها در یک گونه، در سایر گونه ها هیچ کارکردی از نظر کدگذاری نداشته اند و درعوض به عنوان IncRNA عمل می نمایند. این مسئله نشان می دهد که جهش ژنتیکی باعث تبدیل بعضی از آران ای های غیرکدگذار به ژن های کدگذار شده است.

دانشمندان در مطالعه تازه خود می خواستند متوجه شوند که این مسئله در تکامل انسان ها هم تأثیرگذار بوده است یا خیر. آن ها با استفاده از پایگاه های داده عمومی، ژنوم انسان ها، شامپانزه ها و مکاک ها را با هم مقایسه کردند. درنهایت 29 مورد پیدا شد که در آن ها IncRNA به ژن های کدگذار بر پروتئین ها تبدیل شده بود، چرا که اجداد انسان ها و شامپانزه ها از مکاک ها جدا شده بودند. بعلاوه 45 ژن دیگر این فرایند را طی نموده بودند، چون انسان ها از اجداد شامپانزه ها و بونوبو ها جدا شده بودند.

محققان با دستیابی به این اطلاعات این سؤال را مطرح کردند که این ژن های تازه چه ویژگی های متمایزی داشته اند.

ژن های تازهی در مغز انسان ها چه ویژگی هایی داشتند؟

یکی از یافته های آن ها چندان غافل گیرنماینده نبود. استخراج آران ای ها از هسته سلول به جایی که بتوانند ترجمه شوند، یک گام کلیدی بود. بیشتر آران ای های غیرکدگذار در بیرون از هسته در مقادیر پایینی پیدا می شوند، اما آن هایی که قابلیت کدگذاری بر پروتئین ها را پیدا نموده اند، تعداد بسیار بیشتری در بیرون از هسته دارند.

نکته دیگری که در زمان تغییر قابلیت آران ای ها از حالت غیرکدگذار به کدگذار دیده می گردد، نقش آن ها در شبکه های ژنتیکی است. خیلی از ژن هایی که در فرایند های مشابه دخیل هستند، فعالیت های مشترکی دارند و همه آن ها با هم فعال یا غیرفعال می شوند. این شبکه ها می توانند حاوی ترکیبی از lncRNA و ژن های کدگذار بر پروتئین ها باشند.

زمانی که آران ای های غیرکدگذار تکامل پیدا کردند و به ژن های تازه تبدیل شدند، از این شبکه ها جدا شدند. این اتفاق منطقی به نظر می رسد، چون بسیار بعید است پروتئین هایی که آن ها فراوری می نمایند عملکردی شبیه به IncRNA ها داشته باشند. ولی این عملکرد چگونه است؟

محققان برای پیداکردن پاسخ این سؤال روی نمونه ژنی به نام ENSG00000205704 تمرکز کردند که در سلول های مغز فعال است و پروتئین کوچکی (از 107 آمینو اسید) را فراوری می نماید که در هسته و بدنه سلول یافت می گردد. دانشمندان برای آنالیز عملکرد این ژن، سلول های بنیادی آن را دستکاری کردند و خطوطی از سلول ها را ساختند که یا به طور کامل فاقد این ژن بودند یا آن را در سطوح بالاتری فعال می کردند. سپس این سلول های بنیادی به عصب تبدیل می شدند.

این فرایند در سلول هایی که ENSG00000205704 فعال بود، عصب های بسیار بیشتری فراوری می کرد. علت این اتفاق احتمالاً این بود که پروتئینی که این ژن روی آن کدگذاری می نماید، سلول های بنیادی عصبی را در یک شرایط نابالغ نگه می دارد. با این کار، سلول ها پیش از رسیدن بلوغ می توانند به دفعات بیشتری تقسیم سلولی را پشت سر بگذارند. حذف این ژن موجب بلوغ زودهنگام سلول ها و کاهش تعداد فراوری عصب ها می گردد.

در داخل مغز چه اتفاقی می افتد؟

ولی این مطالعات در شرایط آزمایشگاهی صورت گرفته بود. در داخل مغز چه اتفاقی می افتد؟ دانشمندان برای یافتن پاسخ این سؤال نسخه فعالی از ENSG00000205704 را درون ژنوم موش ها قرار دادند و بعد مغز آن ها را آنالیز کردند. این اتفاق یک نوقشر (نئوکورتکس) درازتر را فراوری کرد که با ایده تأثیر ژن های تکامل یافته در افزایش مقدار مغز هم راستا بود. این کار به وسیله کاهش سرعت فراوری عصب ها انجام می شد.

با توجه به اینکه انسان ها به مقدار بزرگ مغز خود افتخار زیادی می نمایند، کشف این نکته که ما در فرایند تکامل ژن های تازه فراوری نموده ایم تا این کار را برایمان انجام دهند، بسیار مجذوب کننده به نظر می رسد. ولی این یافته می تواند برای زیست شناسان فرگشتی متضمن دستیابی به اطلاعات بیشتر در زمینه فراوری ژن های تازه کدگذار بر پروتئین ها باشد.

فراوری یک ژن تازه با این قابلیت ها به پشت سر گذاشتن مراحل زیادی احتیاج دارد. ابتدا باید یک RNA بسازید و بخشی را برای کدگذاری بر پروتئین ها به آن اضافه کنید. سپس مطمئن شوید که این ژن پایدار است و بعد آن را به هسته سلولی بفرستید تا دستورات در پروتئین ها ترجمه گردد. این دستورات درنهایت پروتئین ها را به انجام یک عمل وادار می سازد. وقتی همه این کار ها انجام شد، تازه نوبت تکامل می رسد تا این فرایند ها را بهینه کند. درنتیجه، وقوع تمام این اتفاقات به وسیله جهش های تصادفی بسیار عجیب است.

درنهایت، اگر جهش ها بتوانند دنباله های کدگذار بر پروتئین را در IncRNA ایجاد نمایند، پروتئین های حاصله می توانند به وجود بیایند و در معرض انتخاب های فرگشتی بیشتر قرار بگیرند. نتایج این مطالعه در مجله Nature Ecology & Evolution منتشر شده است.

منبع: دیجیاتو