Människor och schimpanser har nästan samma uppsättning gener, men hjärnorna har utvecklats på olika sätt. Nu pekar en ny studie på att en viruspandemi för miljontals år sedan kan vara en del av förklaringen.
Pandemier har uppstått både förr och i modern tid när populationer av människor eller djur varit tillräckligt stora. Nu har forskare vid Lunds universitet upptäckt att ett virus kan förändra en dna-sekvens hos en hel population.
Deras studie visar att en gammal virusrest i schimpansers arvsmassa stänger av genen LINC00662. Hos människor är genen däremot aktiv och har betydelse för hjärnans tidiga utveckling.
– Det virus vi undersökt drabbade just schimpanser. Men människor och schimpanser har i stort sett samma genuppsättning. Därför är det viktigt att förstå skillnader i hur generna regleras. Våra resultat tyder på att en gen, LINC00662, har en betydande roll under människans tidiga hjärnutveckling, säger Johan Jakobsson, professor i molekylär neurogenetik vid Lunds universitet, i ett pressmeddelande.
– Det i sin tur bidrar till förståelsen av hur genreglering kan skydda eller orsaka skada i exempelvis hjärnan, tillägger han.
Gammal virusrest stänger av gen
Virusresten tillhör ett så kallat endogent retrovirus, PTERV1, som infekterade schimpanser för miljontals år sedan. Virusets arvsmassa blev kvar i schimpansernas dna och har sedan förts vidare från generation till generation.
Forskarna såg att retroviruset har kopierat sig till många platser i schimpansens dna och att dessa virussekvenser systematiskt stängs av genom så kallad metylering, en mekanism som styr vilka gener som är aktiva eller inaktiva.
För att undersöka hur virusresten påverkar hjärnans utveckling använde forskarna stamceller från människor och schimpanser för att skapa hjärnorganoider. Det är tredimensionella miniatyrorgan som liknar hjärnvävnad och som kan visa typiska egenskaper i den tidiga hjärnutvecklingen.
Gen uttrycks inte hos aporna
När forskarna jämförde modellerna såg de att genen LINC00662 var aktiv i de mänskliga organoiderna, men helt avstängd i schimpansmodellerna.
– Genen uttrycktes starkt i de mänskliga organoiderna, men inte alls i schimpansernas, säger Patricia Gerdes, postdoktor i molekylär neurogenetik vid Lunds universitet.
För att pröva om virusresten verkligen var orsaken använde forskarna gensaxen Crispr-Cas9 för att klippa bort den virala dna-sekvensen ur schimpansceller. När virusresten försvann började genen uttryckas igen.
– Detta visar att det faktiskt är virusinsättningen som ligger bakom att genen stängs av hos schimpansen, säger Patricia Gerdes.
Skillnad kan handla om aktiva gener
Forskarna undersökte också vilken funktion genen har hos människor. Med hjälp av gensaxen Crispr stängde de av LINC00662 i mänskliga hjärnorganoider. Då minskade aktiviteten hos gener som är viktiga för nervcellernas utveckling och för hur nervceller kopplas samman.
Resultaten tyder på att skillnaderna mellan människor och våra närmaste släktingar inte bara handlar om vilka gener som finns i arvsmassan, utan också om vilka gener som är aktiva.
Nästa steg är att undersöka om andra virusrester har påverkat hjärnans utveckling under evolutionen och om sådana dna-sekvenser kan kopplas till hjärnsjukdomar.
Vetenskaplig artikel:
Retroviral insertions contributed to the divergence of human and chimpanzee brains, Science Advances.
