Menjelajahi gen unik di balik otak besar kita
Sekelompok gen yang hanya ditemukan pada manusia dan muncul pada nenek moyang kita 3–4 juta tahun yang lalu mungkin telah mendorong evolusi otak kita yang lebih besar.
Wahyu ini - dan pekerjaan yang membawanya - adalah subjek dari dua penelitian yang sekarang dilaporkan dalam jurnal tersebut Sel.
Satu studi dipimpin oleh Universitas California (UC) Santa Cruz, dan yang lainnya dipimpin oleh Université Libre de Bruxelles di Belgia.
Temuan ini menutup celah dalam pengetahuan kita tentang perubahan yang mendorong evolusi otak kita yang lebih besar dan memberi kita kemampuan untuk berpikir dan memecahkan masalah.
Gen - bernama NOTCH2NL - milik keluarga yang sangat tua bernama Notch yang pertama kali diidentifikasi pada lalat buah; mereka mendapatkan namanya karena mereka terkait dengan kesalahan genetik yang menyebabkan lalat memiliki sayap berlekuk.
Bagaimana NOTCH2NL meningkatkan jumlah neuron
Gen takik kembali ke "ratusan juta tahun" dan "memainkan peran penting dalam perkembangan embrio," kata David Haussler, yang merupakan profesor teknik biomolekuler di UC Santa Cruz dan penulis senior bersama makalah studi pertama.
"Untuk menemukan," lanjutnya, "bahwa manusia memiliki anggota baru dalam keluarga ini yang terlibat dalam perkembangan otak sangatlah mengasyikkan."
Para peneliti menemukan bahwa gen NOTCH2NL khusus manusia tampaknya memiliki peran kunci dalam perkembangan korteks manusia, tempat kedudukan kemampuan kognitif tingkat lanjut seperti penalaran dan bahasa.
Gen diekspresikan dengan kuat dalam sel induk saraf korteks dan menunda pematangannya menjadi tipe sel tertentu.
Penundaan ini menghasilkan akumulasi kumpulan sel induk yang lebih besar, yang pada gilirannya menyebabkan lebih banyak neuron diproduksi selama perkembangan otak.
Gen meningkatkan pensinyalan selama perkembangan
Gen NOTCH2NL terletak di area genom manusia - "lengan panjang kromosom 1" - yang telah dikaitkan dengan beberapa gangguan perkembangan saraf seperti autisme, mikrosefali, makrosefali, dan skizofrenia.
Beberapa gangguan terkait dengan duplikasi bagian besar DNA, dan beberapa terkait dengan penghapusan. Mereka dikenal dengan nama kolektifnya "sindrom penghapusan / duplikasi 1q21.1".
Protein yang dikodekan oleh keluarga gen Notch berkaitan dengan pensinyalan di dalam sel dan juga antar sel.
Banyak dari sinyal ini mengarahkan nasib sel punca - misalnya, apakah akan berdiferensiasi menjadi sel otak atau sel jantung - di banyak bagian tubuh.
Para peneliti menemukan bahwa gen NOTCH2NL menyandikan protein yang "meningkatkan" pensinyalan Notch.
“Notch signaling,” jelas rekan penulis studi senior Dr. Sofie R. Salama, yang merupakan ilmuwan riset di bidang teknik biomolekuler di UC Santa Cruz, “sudah dikenal penting dalam pengembangan sistem saraf.”
"NOTCH2NL tampaknya memperkuat pensinyalan Notch, yang menyebabkan peningkatan proliferasi sel induk saraf dan penundaan pematangan saraf," tambahnya.
'Kesalahan penyalinan DNA'
Namun, Dr. Salama menunjukkan bahwa gen hanyalah bagian dari proses yang jauh lebih besar yang mengontrol perkembangan korteks manusia: mereka tidak "bertindak dalam ruang hampa."
Mereka berperan pada "waktu yang provokatif dalam evolusi manusia". Dia dan rekan-rekannya juga menemukan hal yang menarik bahwa gen dikaitkan dengan gangguan perkembangan.
Tampaknya "kesalahan penyalinan DNA" yang terjadi pada nenek moyang kita yang memunculkan gen NOTCH2NL memiliki tipe yang serupa dengan yang menyebabkan gangguan neurologis pada sindrom penghapusan / duplikasi 1q21.1.
Biasanya, kesalahan terjadi di lokasi pada kromosom yang memiliki urutan panjang DNA yang "hampir identik".
"Segmen panjang DNA yang hampir identik ini dapat membingungkan mesin replikasi dan menyebabkan ketidakstabilan dalam genom," jelas Prof. Haussler.
Paradoksnya, tampaknya proses duplikasi gen di wilayah kromosom 1 yang memberi kita otak yang lebih besar mungkin juga bertanggung jawab untuk membuat kita rentan terhadap sindrom penghapusan / duplikasi 1q21.1.
Dengan menggunakan alat pengurutan, para peneliti menemukan delapan versi NOTCH2NL pada manusia masa kini, dan mereka menduga ada lebih banyak lagi yang bisa ditemukan.
Setiap versi NOTCH2NL sedikit berbeda dalam urutan DNA-nya, tetapi efeknya masih menjadi misteri.
Gen menunjukkan perbedaan halus saat diuji di sel yang dikembangkan di laboratorium. Namun, masih banyak "pekerjaan yang harus dilakukan" untuk mencari tahu apa arti perbedaan ini, kata Dr. Salama.
“Kami telah menemukan bahwa semuanya dapat mempromosikan pensinyalan Notch.”
Sofie R. Salama
