İnsan Beyinleri Şempanzelerin Üstüne Çıktı: Bunu Açıklayabilecek Küçük Bir Düşman Bulundu

Virüsler küçücük olsa da, biri insan ve şempanze beyinleri arasındaki büyük farkları etkilemiş olabilir.

Milyonlarca yıl önce bir virüs, Afrika’daki bir maymunun genomunda DNA bırakmış ve bu genetik materyal günümüz şempanzelerinde kalmıştır. Geçmiş enfeksiyonların bu hayaletleri, nöron gelişimiyle ilgili genleri etkiliyor gibi görünüyor ve bu da insan ile şempanze beyinlerinin nasıl bu kadar farklı hale geldiğini açıklamaya yardımcı olabilir; araştırmacılar 23 Ekim’de Science Advances dergisinde yayımladıkları çalışmada bunu bildirdi.

Şempanze akrabalarının beyinleriyle karşılaştırıldığında, insan beyinleri üç kat daha büyük ve bilişsel açıdan çok daha güçlüdür. Ancak “protein sentezleyen genlerinin çoğu oldukça benzerdir,” diyor İsveç’teki Lund Üniversitesi’nden nörobilimci Johan Jakobsson. Genetik kodda büyük farkların olmaması üzerine, Jakobsson ve arkadaşları insan ve şempanze genomundaki genlerin ne zaman ve nerede açılıp kapatıldığını kontrol eden kısımlara bakmaya karar verdi.

Gen düzenlemesindeki değişimler virüslerden kaynaklanabilir. Retrovirüs adı verilen bazı virüsler, konak hücreleri daha çok virüs üretmeye yönlendirmek için kendi DNA’larını konakların genomlarına yerleştirir. Ancak bu parazitik DNA parçacıkları, enfeksiyondan çok sonra da sürebilir. Bu durum üreme hücrelerinde gerçekleşirse, virüs DNA’sı konakın DNA’sıyla birlikte nesillere aktarılır.

Bu arta kalan parçacıklar, endojen retrovirüsler olarak adlandırılır; artık bulaşıcı virüslerin üretimini kodlamazlar, ancak konakın biyolojisinde büyük etkiler yaratabilirler — özellikle genom boyunca kendi kopyalarını üretirlerse. Ve gerçekten de böyledir. Böyle virüs kalıntıları, hem insanın hem de şempanzenin genomunun en az %8’ini oluşturur. Genel olarak, bu DNA artıkları memelilerin plasenta gelişimi gibi bazı büyük evrimsel olaylarla ilişkilendirilmiştir.

Jakobsson ve arkadaşları, şempanzelerde belirli bir virüs kalıntısına odaklandı. Bu kalıntı, yaklaşık 5 milyonla 7 milyon yıl arasında Afrika’daki bir atadan gelen bir enfeksiyondan gelmektedir. Şempanzelerde virüs DNA’sı genomda 158 farklı konuma yerleşmiştir. Ancak insanlarda merak uyandırcı biçimde bulunmaz. Nedeni hâlâ bilinmemektedir.

Araştırmacılar, bu kesin patojen izinin maymunların beyinleri ile insanların beyinleri karşılaştırıldığında onları nasıl etkileyebileceğini öğrenmek istedi. Maymun kök hücreleriyle çalışan ekip, DNA’da hassas, hedefli kesimler yapmayı sağlayan bir gen düzenleme teknolojisi olan CRISPR kullanarak viral DNA’yı çıkardı. Viral DNA ortadan kalkınca, yakınında bulunan ve normalde maymunlarda susturulan LINC00662 adlı bir gen aktifleşti ve ekibin tespit edebileceği RNA oluştu. Bu, insan beyin hücrelerindeki normal durumla örtüşüyor; burada LINC00662 aktiftir. Ekip, aynı zamanda insan hücrelerinde LINC00662‘yi kapatmak için CRISPR kullandı ve maymunlarda görülen susturma durumunu simüle etti.

LINC00662 maymun veya insan hücrelerinde aktifken, araştırmacılar beyin gelişimi için önemli olabilecek diğer genlerde aktivite artışları gözlemledi; bunlar arasında nöronların gelişimi ve olgunlaşması ile yeni sinir bağlantılarının oluşumuyla ilgili genler yer alıyor. Viral DNA’nın bu beyin gen ağını susturmanın maymunların beyin biyolojisini tam olarak nasıl etkilediği henüz net değil. Ancak bu genetik fark, insan ve maymun beyinlerinin evrimleşme biçimindeki ayrışmanın oluşumuna katkıda bulunmuş olabilir, diyor Jakobsson. “Bulgularımız, kadim bir virüsün [DNA] yerleşiminin, bir genin insanlarda ve maymunlarda düzenlenmesinde kalıcı bir fark yaratmasının bir yolunu gösteriyor,” diyor Jakobsson. Diğer genetik ve çevresel değişikliklerin de bu bulmacaya dahil olmuş olabileceğini söylüyor.

Araştırmacılar, insanlarla maymunların evrim sırasında beyinlerindeki ayrışmayı açıklamaya yardımcı olmak için daha önce DNA’daki tek harfli değişimlere yönelmişti. Ancak yeni çalışma, canlıların genom değişikliklerini başka yollarla da biriktirebileceğini vurguluyor, diyor bu araştırmaya dahil olmayan İtalya’daki Padua Üniversitesi’nden evrim biyolojisi uzmanı Giorgia Modenini.

Bu özel virüs kalıntılarının insan ve şempanze nöronları arasındaki gelişimsel farkları etkilediğini gösterme konusunda ikna edici bir iş çıkardıklarını belirten Oxford, İngiltere’deki Oxford Brookes Üniversitesi’nden evrimsel genetici Ravinder Kanda, “Kesinlikle bunu kanıtladılar. Ne kadar ileri gidebildiği konusunda ise henüz kesin bir şey söyleyemeyiz.” dedi.
Diğer gen aktivite kontrollerinin de dahil olması ya da bu özel antik “kaldıraç” etkeneinin, beyin gelişimini biçimlendiren virüs kalıntılarının ancak çok küçük bir parçasını temsil etmesi mümkündür; Kanda, “Bence keşfedilecek çok daha fazla retrovirüs var ve şu an için sadece buzdağının uçunu gördük.” dedi.