ماذا يحدث عندما تستبدل جينًا بشريًا بنسخته من إنسان نياندرتال؟

ما هي الاختلافات الرئيسية بين الإنسان الحديث وأقرب أقربائنا ، إنسان نياندرتال ودينيسوفان؟ بالنسبة إلى إنسان نياندرتال ، لا يبدو أن هناك أي نوع من الاختلاف الواضح. استخدموا أدوات متطورة ، وصنعوا الفن ، واستقروا في بعض البيئات القاسية للغاية. ولكن ، على حد علمنا ، لم يكن إجمالي عدد سكانها مرتفعًا على الإطلاق. عندما وصل البشر المعاصرون إلى المشهد في أوراسيا ، نمت أعدادنا بشكل أكبر ، وانتشرنا أكثر ، وانتهى الأمر بالنياندرتال والدينيسوفان في النهاية وانقرضوا في النهاية.

بفضل قدرتنا على الحصول على الحمض النووي القديم ، ألقينا الآن نظرة على جينومات كل من إنسان نياندرتال ودينيسوفان ، مما يسمح لنا بطرح سؤال أكثر تحديدًا: هل يمكن أن تكون بعض اختلافاتنا بسبب الجينات؟

الأنواع الثلاثة هي أقرباء ، لذا فإن عدد الاختلافات في بروتيناتنا صغير نسبيًا. لكن فريقًا بحثيًا دوليًا كبيرًا حدد واحدًا وأعاده هندسيًا إلى خلايا جذعية تم الحصول عليها من الإنسان الحديث ووجد الباحثون أن الأنسجة العصبية المكونة من هذه الخلايا لها اختلافات ملحوظة من نفس النسيج المزروع مع النسخة البشرية الحديثة من هذا الجين.

ليست سوبر نوفا

كخطوة أولى في عملهم ، كان على الباحثين تحديد الجين الذي سيستهدفونه. كما ذكرنا أعلاه ، فإن جينومات الأنواع الثلاثة متشابهة للغاية. ويزداد التشابه فقط عندما تنظر إلى تلك الأجزاء من الجينوم التي تكوّد البروتينات. من المضاعفات الإضافية أن بعض نسخ الجينات الموجودة في إنسان نياندرتال لا تزال موجودة في جزء صغير من البشر المعاصرين. ما أراد الباحثون فعله هو العثور على جين حيث كان لكل من إنسان نياندرتال ودينيسوفان نسخة واحدة وكل البشر الحديثين تقريبًا لديهم نسخة أخرى.

من بين عشرات الآلاف من الجينات ، وجدوا 61 فقط اجتازوا هذا الاختبار. تم استدعاء الشخص الذي اختاروا التركيز عليه نوفا 1. على الرغم من الاسم المتفجر ، نوفا 1 تم تسميته ببساطة بعد اكتشاف أنه مرتبط بالسرطان في الأصل: مستضد بطني عصبي بطني 1. نظرة من خلال شجرة عائلة الفقاريات تظهر أن إنسان نياندرتال ودينيسوفان يشتركان في نسخة من نوفا 1 مع كل شيء من الرئيسيات الأخرى إلى الدجاج ، مما يعني أنه كان موجودًا في السلف الذي تشاركه الثدييات مع الديناصورات.

ومع ذلك ، فإن جميع البشر تقريبًا لديهم نسخة مختلفة من الجين (في البحث عن ربع مليون جينوم في قاعدة بيانات ، تمكن الباحثون فقط من تحديد ثلاث حالات لنسخة إنسان نياندرتال). الاختلاف دقيق – تبديل حمض أميني وثيق الصلة في مكان واحد في الجين – لكنه فرق. (بالنسبة لأولئك الذين يهتمون ، من الأيزولوسين إلى الفالين.)

لكن نوفا 1 هو نوع الجين حيث يمكن أن يكون للتغييرات الصغيرة تأثير كبير. تتكون RNAs المستخدمة في صنع البروتينات في البداية من خليط من الأجزاء المفيدة المفصولة بفواصل عديمة الفائدة والتي تحتاج إلى تقسيم. بالنسبة لبعض الجينات ، يمكن تقسيم الأجزاء المختلفة معًا بأكثر من طريقة ، مما يسمح بتكوين أشكال مميزة من البروتين من نفس الحمض النووي الريبي. نوفا 1 ينظم عملية التضفير ويمكنه تحديد أي شكل من الجينات المتعددة يتم تكوينه في الخلايا التي تكون نشطة فيها. إلى عن على نوفا 1، فإن الخلايا التي ينشط فيها تشمل أجزاء كثيرة من الجهاز العصبي.

إذا كانت تلك الفقرة الأخيرة مربكة إلى حد ما ، فإن النسخة القصيرة هي كما يلي: نوفا 1 يمكن أن تغير أنواع البروتينات المصنوعة في الخلايا العصبية. ونظرًا لأن السلوك هو أحد المجالات التي قد يختلف فيها البشر المعاصرون عن إنسان نياندرتال ، فهو هدف مثير للاهتمام لهذه الأنواع من الدراسات.

على أعصابنا

من الواضح أن هناك مشكلات أخلاقية في محاولة رؤية ما ستفعله نسخة إنسان نياندرتال في البشر الفعليين. لكن بعض التقنيات التي تم تطويرها على مدى العقد الماضي أو نحو ذلك تسمح لنا الآن بالتعامل مع المسألة بطريقة مختلفة تمامًا. أولاً ، تمكن الباحثون من أخذ خلايا من شخصين مختلفين وتحويلها إلى خلايا جذعية قادرة على التطور إلى أي خلية في الجسم. ثم استخدموا تقنية كريسبر لتعديل الجينات لتحويل النسخة البشرية من الجين إلى نسخة إنسان نياندرتال. (أو ، إذا كنت أقل صدقة ، يمكنك تسميتها نسخة الدجاج).

بعد إجراء فحوصات مستفيضة أشارت إلى ذلك نوفا 1 كان الجين الوحيد الذي تم تغييره من خلال التعديل ، فقد حث الباحثون الخلايا الجذعية على تكوين الخلايا العصبية النموذجية لقشرة الدماغ.

كانت مجموعات الخلايا العصبية التي نتجت أصغر عندما تكونت بواسطة خلايا ذات نسخة إنسان نياندرتال من نوفا 1، على الرغم من أن هذه المجموعات كان لها شكل سطح أكثر تعقيدًا. كما نمت الخلايا ذات النسخة النياندرتالية بشكل أبطأ وتميل إلى الخضوع لعملية تنتهي بموت الخلايا في كثير من الأحيان. لذلك كان من الواضح أن نسخة إنسان نياندرتال قد غيرت سلوك الخلايا الجذعية حيث تم تحويلها إلى خلايا عصبية.

كانت الاختلافات واضحة على المستوى الجيني أيضًا. بحث فريق البحث عن أي جينات غيرت النشاط (وفقًا لقياس مستويات الحمض النووي الريبي الرسول) في الخلايا مع إنسان نياندرتال. نوفا 1. كان هناك عدد كبير منهم ، ومن بينهم بعض المنظمين الرئيسيين للتطور العصبي. وكما هو متوقع من منظم التضفير ، كان هناك المئات من الجينات التي شهدت تغييرات في كيفية تجميع RNAs المرمِّزة للبروتين معًا.

يبدو أن العديد من هذه الجينات تشارك في تكوين ونشاط نقاط الاشتباك العصبي ، وهي الروابط الفردية بين الخلايا العصبية التي تسمح لها بالتواصل مع بعضها البعض. ليس من المستغرب أن يؤدي هذا إلى تغيير سلوك تلك الروابط. عادة ، تشكل الخلايا العصبية في المزرعة روابط وتنسق نشاطها. في الخلايا التي تحتوي على إصدار إنسان نياندرتال من نوفا 1، كان هناك تنسيق أقل وخلفية أعلى من الخلايا العصبية التي تطلق الإشارات بشكل عشوائي.

مسألة سياق

تظهر النتائج بوضوح أن وجود نسخة إنسان نياندرتال من نوفا 1 ليس شيئًا جيدًا للخلايا العصبية للإنسان الحديث. ومع ذلك ، سيستغرق الأمر المزيد من العمل لتحديد ما إذا كانت جميع التغييرات الموصوفة هنا هي نتاج اختلافات محددة بين شكلي البروتين أو مجرد نتيجة لكون الخلايا العصبية غير صحية بسبب سوء تنظيم الجينات.

لكن الباحثين يحذرون أيضًا من المبالغة في تفسير النتائج بشكل عام – بينما توحي هذه النتائج بأنها ليست مؤشرًا واضحًا على أن التغيرات الجينية تجعل أدمغتنا مختلفة اختلافًا جوهريًا عن دماغ أقرب أقربائنا.

حدث تطور النسخة البشرية من هذا الجين على خلفية العديد من التغييرات الطفيفة الأخرى في الجينات البشرية ، إما في تسلسل ترميزها أو (في كثير من الأحيان) في التسلسلات التي تنظم نشاطها. هذه التغييرات يمكن أن تعوض أي آثار ضارة ناجمة عن الاختلافات في نشاط النسخة البشرية الحديثة من نوفا 1. قد يؤدي الانخفاض المفاجئ في الإصدار الأصلي من الجين مرة أخرى إلى ظهور اختلافات فقط بسبب عدم التوافق بين الجين وجميع هذه التعويضات.

لذا ، سيستغرق الأمر بعض الوقت لفرز مقدار اختلافات هذا الجين الواحد بالنسبة لأدمغة الإنسان والنياندرتال. لكن الشيء الرئيسي هو أنه من الممكن الآن طرح هذه الأسئلة على الإطلاق. لم تكن التقنيات المستخدمة لإنتاج هذه النتائج موجودة قبل هذا القرن – تعديل الجينات بتقنية كريسبر أقل من عقد من الزمن. لذا ، فإن مجرد حقيقة أننا نعرف هذا الأمر مدهش للغاية.

العلوم ، 2021. DOI: 10.1126 / العلوم. aax2537 (حول DOIs).