Modern İnsanları Yakın Evrimsel Akrabalarından Ayıran Tek Bir Gen Değişikliği

Kaliforniya Üniversitesi San Diego Tıp Fakültesi'nde pediatri ve hücresel ve moleküler tıp profesörü olan Alysson R. Muotri, uzun süredir beynin nasıl geliştiğini ve nörolojik bozukluklarda neyin yanlış gittiğini araştırdığını bildirmiştir. Muotri, neredeyse uzun zamandır insan beyninin evrimini merak ettiğini ve bizi önceki Neandertallerden ve en yakın evrimsel akrabalarımız olan Denisovalılardan bu kadar farklı kılan şeyin ne olduğunu kendi kendine sorguladığını belirtmiştir. Evrim çalışmaları, bir türün zaman içinde nasıl değiştiğini keşfetmek için büyük ölçüde iki araca (genetik ve fosil analizi) dayanmaktadır. Ancak Muotri, beyinlerin fosilleşmemesi nedeniyle her iki yaklaşımın da beyin gelişimi ve işlevi hakkında fazla bir şey ortaya koyamayacağını ifade etmiştir. İncelenecek fiziksel kayıt olmadığından Muotri, evrimsel rekonstrüksiyonlarda sıklıkla uygulanmayan bir araç olan kök hücreleri denemeye karar verdiğini belirtmiştir. Diğer hücre türlerinin kendi kendini yenileyen öncüleri olan kök hücreler, beyin organoidleri bir laboratuvar tabağında mini beyinler oluşturmak için kullanılabilmektedir. Muotri ve meslektaşları, insanları şempanze ve bonobolar gibi diğer primatlarla karşılaştırmak için kök hücrelerin kullanılmasına öncülük etmelerine karşın şimdiye kadar soyu tükenmiş türlerle bir karşılaştırma yapmanın mümkün olmadığını belirtmişlerdir. 11 Şubat 2021'de Science dergisinde yayınlanan bir çalışmada, Muotri'nin ekibi, çeşitli modern insan popülasyonlarının genomları ile yaklaşık 2,6 milyon ila 11,700 yıl önce Pleistosen Dönemi'nde yaşayan Neandertaller ve Denisovalılar arasındaki farklılıkları katalogladıklarını bildirmişlerdir. Araştırmacılar, bir gende buldukları bir değişikliği taklit ederek, Neandertalleştirilmiş beyin organoidlerini tasarlamak için kök hücreleri kullanmışlardır. Araştırmanın kıdemli yazarı ve UC San Diego Kök Hücre Programı direktörü ve Sanford Rejeneratif Tıp Konsorsiyumu üyesi Muotri, insan DNA'sındaki tek bir baz çifti değişikliğinin beynin bağlantı şeklini değiştirebileceğini görmenin büyüleyici olduğunu belirtmiştir. Muotri, değişimin evrimsel tarihimizde tam olarak nasıl ve ne zaman meydana geldiğini bilmediklerini, ancak bu önemli görünüyor ve modern yeteneklerimizin bazıları olan sosyal davranış, dil, adaptasyon, yaratıcılık ve teknoloji kullanımını açıklamaya yardımcı olabileceğini ifade etmiştir.

Birçok geni etkileyen bir ana gen düzenleyici

Ekip başlangıçta modern insanlar ve soyu tükenmiş akrabalarımız arasında farklılık gösteren 61 gen bulmuştur. Bu değiştirilmiş genlerden biri olan NOVA1, Muotri'nin dikkatini çekmiş çünkü bu genin erken beyin gelişimi sırasında diğer birçok geni etkileyen bir ana gen düzenleyicisi olduğunu belirtmiştir. Araştırmacılar, NOVA1'deki Neandertal benzeri mutasyona sahip modern insan kök hücrelerini tasarlamak için CRISPR gen düzenlemesini kullanmışlar, sonra kök hücreleri beyin hücrelerini ve nihayetinde Neandertalize edilmiş beyin organoidlerini oluşturmaya teşvik etmişlerdir. Beyin organoidleri, kök hücrelerin oluşturduğu küçük beyin hücreleri kümeleri olmasına karşın tam olarak beyin değildirler. Bilim insaları yine de organoidlerin, genetik, hastalık gelişimi ve enfeksiyonlara ve terapötik ilaçlara tepkileri incelemek için yararlı modeller olduklarını belirtmişlerdir. Muotri'nin ekibi, insan beyni tarafından üretilenlere benzer organize elektriksel salınım dalgaları elde etmek için beyin organoid oluşturma sürecini daha da optimize etmişlerdir. Neandertalleştirilmiş beyin organoidleri, çıplak gözle bile modern insan beyin organoidlerinden çok farklı görünmekle birlikte belirgin şekilde farklı bir şekle sahip oldukları gözlemlenmiştir. Ekip daha derinlere baktığında, modern ve Neandertalize edilmiş beyin organoidlerinin, hücrelerinin çoğalma ve sinir hücrelerinin nöronlar arasındaki bağlantılar oluşma şekillerinde de farklılık gösterdiğini bulduklarını bildirmişlerdir. Araştırmacılar sinapslarla ilgili proteinlerin bile farklı olduğunu ve elektriksel dürtülerin daha önceki aşamalarda daha yüksek aktivite gösterdiğini, ancak Neandertalleştirilmiş beyin organoidlerindeki ağlarda senkronize olmadığını belirtmişlerdir. Muotri, bu çalışmanın, modern insanlar ile soyu tükenmiş akrabalarımız arasında farklılık gösteren tek bir gene odaklandığını belirtmiş ve daha sonra, diğer 60 gene ve her biri veya iki veya daha fazlasının bir kombinasyonu değiştiğinde ne olduğuna bir göz atmak istediklerini sözlerine eklemiştir.