Как человеческий ген делает мышей более умными

Гены, управляющие нашими биологическими часами, могут иметь куда более широкий круг задач, чем считалось ранее. Один из таких генов — CLOCK, отвечающий за суточные ритмы. Он неожиданно проявил себя как мощный фактор, влияющий на работу мозга. И хотя изначально его считали “часовым механизмом” организма, новая работа ученых показала, что человеческий вариант CLOCK способен повысить умственные способности даже у мышей.

Мыши с человеческим геном в мозге оказались умнее своих собратьев

Ген CLOCK — больше, чем регулятор сна

CLOCK участвует в поддержании стабильных циркадных ритмов, но в префронтальной коре человеческого мозга он проявляет активность, не связанную с биологическими часами. Более того, он задействован в регуляции генов, которые к суточным ритмам не имеют отношения, а сам проявляет активность именно в той части мозга, которая отвечает за высшие когнитивные функции — мышление, принятие решений, адаптацию.

Учитывая это, ученые из Юго-западного медицинского центра Техасского университета решили проверить, как человеческий CLOCK повлияет на мозг мышей. Вместо замены родного гена, в ДНК мышей добавили человеческий вариант CLOCK — так, чтобы он работал так же активно, как в нашем мозге.

Что происходит в мозге мышей с человеческим CLOCK

Результаты исследования оказались впечатляющими. Ген влиял прежде всего на возбуждающие нейроны в передней части мозга — те, которые усиливают сигналы и формируют активные связи. У этих нейронов ветвящиеся отростки стали более разветвленными, увеличилась участков, где образуются связи с другими нейронами, а также улучшилась связанность нейронных сетей.

Нейроны мозга мышей с человеческими генами стали более совершенными

Проще говоря, нейроны с человеческим CLOCK были анатомически и функционально подготовлены к более активной работе. Потенциально, это повышает способность мозга к обучению и адаптации.

Становятся ли мыши умнее с человеческим геном?

Чтобы проверить, проявляются ли эти нейронные изменения в поведении, ученые провели с мышами серию тестов. В простых испытаниях на координацию, тревожность и память отличий не наблюдалось. Но все изменилось, когда мышей поставили в условия, требующие гибкости мышления.

В задачах с постоянно меняющимися правилами (например, когда мыши должны были переобучаться на новые признаки угощения), животные с человеческим CLOCK справлялись лучше, чем обычные мыши и даже те, у которых был просто активирован их собственный ген CLOCK. Это позволило сделать вывод о том, что человеческий CLOCK усиливает умственную пластичность, то есть способность перестраивать поведение в ответ на новые условия.

Мыши с человеческими генами в мозге лучше выполняли некоторые задачи, чем их обычные собратья

Что будет, если выключить ген CLOCK?

Чтобы проверить, насколько важен ген CLOCK, ученые провели обратный эксперимент, в котором использовали стволовые клетки человека. Это клетки, способные превращаться в любые типы тканей, включая нейроны. Когда у таких клеток отключали CLOCK и затем превращали их в нейроны, у полученных клеток ветвящиеся отростки стали менее разветвленными, а плотность участков, где образуются связи с другими нейронами, стала заметно ниже. Такие нейроны потенциально были бы менее функциональны в живом мозге.

Открытие имеет более широкий смысл. Среди генов, повлиявших на эволюцию человеческого мозга, часто упоминаются те, что отвечают за размер, сложность и развитие коры. Теперь к ним можно добавить и CLOCK, так как этот ген оказался важным для гибкости мышления.

Возможно, именно особый вариант этого гена и позволил человеческому мозгу выйти на новый уровень когнитивной сложности. Но еще интереснее, что один и тот же ген может выполнять абсолютно разные функции в зависимости от условий — от настройки суточных ритмов до формирования сложных нейронных сетей.

Обязательно посетите наши каналы Дзен и Telegram, здесь вас ждут самые интересные новости из мира науки и последние открытия!

И хотя речь идет о лабораторных мышах, результаты исследования поднимают важный вопрос — сколько других “узкоспециализированных” генов на самом деле участвуют в развитии интеллекта? Ответы на него — дело будущего. Но уже сейчас ясно, что ум — это не только нейроны, но и то, как их программируют наши гены.