Древний вирус мог помешать шимпанзе развить мозг, подобный человеческому

Фото из открытых источников

Несмотря на существенные различия в развитии наших обществ, люди и шимпанзе удивительно похожи. После примерно 5-6 миллионов лет эволюции от общего предка, лишь 1,2 процента нашей ДНК претерпели изменения.

Частично в этом виноват вирус, поразивший шимпанзе (Pan troglodytes), но не людей, около 4 миллионов лет назад.

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Science Advances, этот древний ретровирус внес крошечные изменения в ДНК шимпанзе, что привело к существенным различиям в развитии нашего мозга.

«Мы хотели понять, как могли мозг человека и шимпанзе эволюционировать по-разному, если так много генов, отвечающих за синтез белков, у них схожи», — рассказала ведущий автор исследования молекулярный нейрогенетик Патрисия Гердес из Лундского университета в Швеции. «Мы знали, что древние вирусы могут оставлять следы ДНК в геноме, и эти остатки могут влиять на соседние гены».

PTERV1 (Pan troglodytes endogenous retrovirus-1) представлял собой особенно интересный кандидат, поскольку он встречается у шимпанзе и других африканских человекообразных обезьян, но не у людей.

Известно, что шимпанзе и люди отличаются друг от друга в развитии мозга: например, наш мозг примерно в три раза больше.

Возможно, древний вирус даже сыграл роль в разделении наших видов.

Неясно, почему люди никогда не заражались PTERV1, в то время как многие наши предки-обезьяны заражались, но существует несколько теорий. Возможно, уникальный противовирусный белок TRIM5α защитил нас от него. Возможно, предки шимпанзе и человека жили в разных местах, когда разразилась вирусная пандемия.

Новое исследование не ставит целью ответить на этот вопрос, но оно выявляет специфическое влияние инфекции на развитие мозга шимпанзе. 

Много лет назад вирус PTERV1 внедрил в геном шимпанзе последовательности ДНК, которые остаются активными и по сей день. И у людей, и у шимпанзе есть молекула, состоящая из ДНК, называемая LINC00662, которая предоставляет нашим клеткам инструкции для построения определенного белка.

«Мы обнаружили его активность на ранних стадиях развития человеческого мозга, и наши эксперименты показывают, что он помогает клеткам [человеческого] мозга созревать и отращивать отростки», — пояснила Гердес.

Шимпанзе тоже им заражены, и именно там вирус оставил свой след. Встраивание ДНК вируса отключает ген LINC00662 у шимпанзе.

В экспериментах с органоидами человеческого мозга (крошечными скоплениями клеток, выращенными в лаборатории в качестве исследовательской модели) при отключении LINC00662 нейроны и их отростки (дендриты и аксоны, передающие информацию по всему мозгу) не созревали и не росли так интенсивно, как при неотключенном LINC00662.

«Нам пока неизвестно обо всех функциях LINC00662 в организме человека, а также о том, что означает потеря его активности для шимпанзе в целом», — сказала Гердес.

Подобные эксперименты с органоидами — отличный способ для ученых быстро оценить, что может произойти, если, например, вирус PTERV1 однажды проникнет в геном человека и внесет в него аналогичные изменения.

«Если бы у людей была проведена аналогичная имплантация, это, вероятно, отключило бы LINC00662 и изменило бы развитие клеток головного мозга», — объяснила Гердес. «Но мы не можем предсказать, что это приведет к определенной форме мозга, способностям или поведению. Эффект также может зависеть от окружающей человеческой ДНК и других генов».

А что, если бы шимпанзе освободили от древней вирусной ДНК, которая сдерживает раскрытие всего потенциала их версии LINC00662?

«В нашем эксперименте удаление вставки из стволовых клеток шимпанзе восстановило активность LINC00662. Это показывает, что вставка способствует отключению этого гена. Это не доказывает, что ее удаление изменит развитие мозга», — сказала Гердес. «Различия в развитии мозга обусловлены множеством генетических и онтогенетических факторов, и удаление имплантата из мозга взрослого человека не отменит более раннее развитие мозга».

Таким образом, похоже, что риска внезапного повторения сценария «Планеты обезьян» нет.

Но это наглядно демонстрирует, насколько влиятельными могут быть вирусы в эволюции жизни на Земле, предоставляя дополнительные доказательства того, что ретровирусные вставки способствовали различиям между людьми и шимпанзе.

Странно даже подумать, насколько иначе всё могло бы сложиться…