MENEROKA GEN UNIK DI SEBALIK OTAK BESAR KITA

Sekumpulan gen yang hanya terdapat pada manusia dan muncul di nenek moyang kita 3–4 juta tahun yang lalu mungkin telah mendorong evolusi otak kita yang lebih besar.

Mengapa otak manusia begitu besar?

Pewahyuan ini - dan karya yang menyertainya - adalah subjek dari dua kajian yang kini dilaporkan dalam jurnal Sel.

Satu kajian diketuai oleh University of California (UC) Santa Cruz, dan yang lain diketuai oleh Université Libre de Bruxelles di Belgium.

Penemuan ini menjumpai jurang pengetahuan kita mengenai perubahan yang mendorong evolusi otak kita yang lebih besar dan memberi kita kemampuan untuk berfikir dan menyelesaikan masalah.

Gen - bernama NOTCH2NL - tergolong dalam keluarga yang sangat tua bernama Notch yang pertama kali dikenali dalam lalat buah; mereka mendapat nama mereka kerana dikaitkan dengan kesalahan genetik yang menyebabkan lalat mempunyai sayap berlekuk.

Bagaimana NOTCH2NL meningkatkan bilangan neuron

Gen takik kembali "beratus-ratus juta tahun" dan "memainkan peranan penting dalam perkembangan embrio," kata David Haussler, yang merupakan profesor kejuruteraan biomolekul di UC Santa Cruz dan pengarang kanan makalah kajian pertama.

"Untuk mencari," lanjutnya, "bahawa manusia mempunyai anggota keluarga baru ini yang terlibat dalam pengembangan otak sangat menggembirakan."

Para penyelidik mendapati bahawa gen NOTCH2NL khusus manusia nampaknya mempunyai peranan penting dalam pengembangan korteks manusia, tempat kemampuan kognitif yang maju seperti penaakulan dan bahasa.

Gen sangat dinyatakan dalam sel stem saraf korteks dan melambatkan pematangannya menjadi jenis sel tertentu.

Kelewatan ini menghasilkan pengumpulan sel stem yang lebih besar, yang seterusnya menyebabkan lebih banyak neuron dihasilkan sepanjang perkembangan otak.

Gen meningkatkan isyarat semasa pengembangan

Gen NOTCH2NL terletak di kawasan genom manusia - "lengan panjang kromosom 1" - yang telah dikaitkan dengan beberapa gangguan perkembangan saraf seperti autisme, mikrosefali, makrosefali, dan skizofrenia.

Sebilangan gangguan dikaitkan dengan penduaan bahagian DNA yang besar, dan ada juga yang berkaitan dengan penghapusan. Mereka dikenali dengan nama kolektif mereka "sindrom penghapusan / pendua 1q21.1."

Protein yang dikodkan oleh keluarga gen Notch berkaitan dengan pemberian isyarat di dalam sel dan juga antara sel.

Sebilangan besar isyarat ini mengarahkan nasib sel stem - misalnya, sama ada membezakan sel otak atau sel jantung - di banyak bahagian badan.

Para penyelidik mendapati bahawa gen NOTCH2NL mengekod protein yang "meningkatkan" isyarat Notch.

"Notch notaling," jelas pengarang kajian senior Dr. Sofie R. Salama, yang merupakan saintis penyelidikan dalam kejuruteraan biomolekul di UC Santa Cruz, "sudah diketahui penting dalam sistem saraf yang sedang berkembang."

"NOTCH2NL sepertinya memperkuat pemberitahuan Notch, yang menyebabkan peningkatan percambahan sel induk saraf dan penuaan pematangan saraf," tambahnya.

'Kesalahan penyalinan DNA'

Walau bagaimanapun, Dr. Salama menunjukkan bahawa gen hanyalah sebahagian daripada proses yang jauh lebih besar yang mengawal perkembangan korteks manusia: mereka tidak "bertindak dalam keadaan hampa."

Mereka ikut bermain pada "masa provokatif dalam evolusi manusia." Dia dan rakan-rakannya juga mendapati bahawa gen berkaitan dengan gangguan perkembangan.

Nampaknya "Kesalahan penyalinan DNA" yang berlaku pada nenek moyang kita yang menimbulkan gen NOTCH2NL adalah jenis yang serupa dengan gen yang menimbulkan gangguan neurologi pada sindrom penghapusan / penduaan 1q21.1.

Biasanya, kesalahan berlaku di lokasi pada kromosom yang mempunyai urutan DNA yang panjang "hampir sama."

"Segmen DNA panjang yang hampir sama dapat mengelirukan mesin replikasi dan menyebabkan ketidakstabilan dalam genom," jelas Prof Haussler.

Secara paradoks, nampaknya proses penduaan gen di wilayah kromosom 1 yang memberi kita otak kita yang lebih besar juga bertanggung jawab untuk menjadikan kita rentan terhadap sindrom penghapusan / pendua 1q21.1.

Dengan menggunakan alat penjujukan, para penyelidik menemui lapan versi NOTCH2NL pada manusia masa kini, dan mereka mengesyaki terdapat banyak lagi yang boleh ditemui.

Setiap versi NOTCH2NL sedikit berbeza dalam urutan DNAnya, tetapi sejauh mana kesannya masih menjadi misteri.

Gen menunjukkan perbezaan yang halus ketika diuji pada sel yang tumbuh di makmal. Namun, masih ada "banyak pekerjaan yang perlu dilakukan" untuk mengetahui apa maksud perbezaan ini, kata Dr. Salama.