Ген роста костей связали с развитием разума

Остеокрин — пептид, который контролирует развитие скелета и мышц всех млекопитающих, — у приматов нашёл дополнительное применение. Американские учёные обнаружили, что он проявляет высокую активность в растущем мозге и участвует в образовании пластичных связей между нейронами. Этот процесс считается одним из ключевых элементов, обеспечивающих выполнение мозгом самых сложных задач. Новые результаты авторы представили в статье, опубликованной в журнале Nature.

Эволюция предлагает немало примеров того, как конечность, орган, белок или ген находят в новых организмах новые функции, например перья, изначально появившиеся у пресмыкающихся для терморегуляции. Новый пример демонстрирует работа исследователей из Гарвардской медицинской школы — профессора Майкла Гринберга (Michael Greenberg) и его соавторов. Их объектом выступил небольшой белок остеокрин, который обнаруживается в скелетных мышцах всех млекопитающих.

Учёные сравнили уровень экспрессии различных генов (выработку белков на их основе) в мозге мышей, крыс и людей. Большинство из них не отличались, но некоторые проявляли высокую активность только в человеческом мозге, и ген остеокрина (OSTN) оказался одним из них. В мозге у грызунов он не экспрессировался вовсе, а у людей активность проявлял лишь в клетках коры больших полушарий. Это самая развитая часть мозга высших млекопитающих, которая ответственна за выполнение самых сложных когнитивных функций, таких как принятие решений, анализ образов или речь.

Несколько меньший уровень экспрессии OSTN отмечался в миндалевидном теле — органе, участвующем в формировании эмоций, механизмах мотивации и памяти, в областях, связанных с выполнением базовых функций, таких как дыхание, сердцебиение и терморегуляция.

Это позволило Гринбергу и его соавторам предположить, что активность гена OSTN играет определённую роль в развитии и функционировании высокоразвитого мозга с обширной, испещрённой извилинами корой. Его способности закладываются в период взросления, когда миллиарды нейронов, стимулированные сигналами сенсорных систем, образуют множество связанных сетей, формируют новые взаимосвязи, закрепляют одни и удаляют другие. Именно в этих процессах, возможно, участвует остеокрин.

Чтобы проверить это, учёные исследовали клеточные культуры нейронов головного мозга тех же мышей, крыс и людей химически: с помощью соответствующих сигнальных молекул симулировали поступление к ним сигналов от органов чувств. Такое воздействие действительно приводило к активному синтезу остеокрина в человеческих клетках, что стимулировало появление и рост дендритов, ветвистых отростков, образующих связи между нейронами.

Этот результат был подтверждён и на живом организме — макаке, которой временно закрепляли повязку на один глаз. Этот приём нередко применяется для изучения пластичности нейронов зрительной коры. В самом деле, уже на следующий день лишённые стимуляции клетки демонстрировали резко пониженный уровень остеокрина.

Сравнение генов OSTN у грызунов и людей показало, что наша версия несёт участок-энхансер, который под действием химических сигналов, связанных с поступлением информации от органов чувств, активирует работу этого гена. Этот энхансер, в частности, реагирует на сигнальный белок Mef2, и нарушения его работы затрудняют активацию OSTN в клетках.