Крупные гены и эволюция сложных нервных систем

Новое исследование, проведенное в рамках программы Wu Tsai Neurosciences Institute, показывает, что многие гены, связанные с работой мозга и синапсов, являются одними из самых крупных в животном мире. Эти гигантские нейрональные гены могут иметь длину в сотни тысяч пар оснований ДНК, и их мутации часто связаны с неврологическими расстройствами.

Чтобы понять, как эти большие гены эволюционировали вместе с нервными системами, исследователи сравнили размеры генов у различных видов. Анализ выявил отдельный класс крупных генов, которые существовали до диверсификации животных и, во многих случаях, даже до появления нейронов как специализированных клеток.

Исследование, опубликованное 8 марта 2024 года в Current Biology, показало, что сравнимые гигантские гены присутствуют как у людей, так и у головоногих моллюсков (кальмаров и осьминогов). Это особенно удивительно, учитывая, что головоногие и люди находятся на очень отдаленных ветвях эволюционного древа и развили сложные нервные системы независимо.

Факт независимой эволюции крупных генов в этих двух линиях указывает на общую роль размера гена в развитии сложных нервных систем у многоклеточных животных. Важно, что эти гены увеличивались в размерах и развивали больше вариантов в ходе эволюции, несмотря на действие «очищающего отбора» — процесса, удаляющего вредные мутации для поддержания генетической стабильности.

Авторы, Мэтт Маккой и Эндрю Файр, предполагают, что рост и диверсификация генов могли обеспечить молекулярную гибкость, необходимую для эволюции сложных нервных систем. Эта работа предлагает новый взгляд на то, как внутренние свойства генома, такие как длина гена, могли способствовать развитию сложности в животном мире, а также дает ключи к пониманию генетической основы неврологических заболеваний.