Исследователи UNC одновременно протестировали 9 092 варианта ДНК, чтобы определить, какие некодирующие генетические варианты регулируют размер и форму коры головного мозга человека.
Исследование показало, что «прыгающие гены» — так называемые Alu-элементы, копирующие себя по всему геному, — играют ключевую роль в эволюционном расширении коры у приматов.
Варианты оказывают влияние на конкретные области мозга в зависимости от локального уровня факторов транскрипции во время развития, что разрешает давнюю загадку генетики мозга.
Учёные UNC связали конкретные изменения ДНК со структурой человеческого мозга
Исследователи Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл (UNC) опубликовали в журнале Nature Neuroscience самое детальное на сегодня картирование генетических «переключателей», формирующих размер и структуру человеческой коры головного мозга. Работа, вышедшая 24 сентября 2026 года, показывает, как сотни мелких наследственных вариантов в некодирующих участках ДНК влияют на развитие коры и, возможно, способствовали её эволюционному расширению у приматов.
9 092 варианта ДНК проверены одновременно
Команда под руководством генетиков Джейсона Стейна и Хёджун Вон использовала метод массово-параллельного репортёрного анализа (MPRA), чтобы одновременно протестировать 9 092 генетических варианта, ранее ассоциированных с площадью поверхности и толщиной коры. Почти все эти варианты расположены вне кодирующих белки генов — в регуляторных участках ДНК, которые долго оставались «тёмной материей» генома.
Более 75 % изученных регионов содержали хотя бы один вариант, влияющий на активность генов в человеческих нейральных прогениторных клетках — предшественниках нейронов коры. В итоге исследователи выделили 918 функциональных вариантов в 150 локусах, связанных со структурой коры.
«То, что генетические варианты, ассоциированные со структурой мозга, лежат в некодирующих участках ДНК, долгое время мешало нам понять, какие именно из них обладают регуляторной функцией», — отметила Хёджун Вон, доцент кафедры генетики UNC.
«Прыгающие гены» и расширение коры у приматов
Одно из самых неожиданных открытий касается Alu-элементов — класса транспозируемых элементов, способных копировать и встраивать себя в новые участки генома. За эволюционную историю приматов эти элементы многократно размножались, и их распространение шло параллельно с увеличением размеров мозга.
Исследователи обнаружили, что более «молодые» Alu-элементы, вставшие в геном позже, проявляют значительно более высокую регуляторную активность в развивающихся клетках мозга, чем старые. Это указывает на то, что мобильные последовательности Alu участвовали в построении генных сетей, лежащих в основе расширения человеческой коры.
Почему варианты влияют на конкретные области коры
Работа также объяснила, почему одни и те же наследственные варианты затрагивают не весь мозг равномерно, а лишь определённые регионы коры.
«Мы обнаружили, что регионы, наиболее затронутые генетическим вариантом, — это те, где в ходе развития естественно выше уровень конкретных факторов транскрипции, — сказал Джейсон Стейн, доцент кафедры генетики UNC. — Когда генетический вариант нарушает сайт связывания такого фактора, его эффект наиболее выражен именно в тех областях мозга, где этот фактор наиболее активен во время развития».
Таким образом, региональная специфичность влияния генетических вариантов определяется локальным профилем активности регуляторных белков в формирующейся коре.
Значение для генетики и нейробиологии
Исследование, поддержанное консорциумами PsychENCODE и Impact of Genomic Variation on Function, создаёт геномную карту регуляторных вариантов, формирующих человеческий мозг. Эта карта позволит в будущем точнее интерпретировать генетические риски психических и неврологических заболеваний, связанные со структурой коры, и глубже понять эволюционные механизмы, сделавшие человеческий мозг уникальным.
Препринт:
