Människa och schimpans - outforskar DNA förklarar skillnaden

Vårt DNA är mycket likt schimpansens, som evolutionärt är vår närmaste levande släkting. Nu har stamcellsforskare i Lund hittat en tidigare förbisedd del i vårt DNA, så kallat icke-kodat DNA, som tycks bidra till den skillnad som, trots alla våra likheter, kan förklara varför människans och schimpansens hjärnor fungerar olika. Studien publiceras i den vetenskapliga tidskriften Cell Stem Cell.

Schimpansen är vår närmaste levande släkting evolutionärt och forskningen tror att vårt släktskap grundar sig i en gemensam anfader. För cirka fem-sex miljoner år sedan delades våra utvecklingsvägar till det som idag är den nutida schimpansen och Homo Sapiens, människan i det tjugoförsta århundradet.

Stamcellsforskare i Lund har i en ny studie undersökt vad det är i vårt DNA som gör att människans och schimpansens hjärnor skiljer sig åt och hittat svar.

– Istället för att studera levande människor och schimpanser har vi använt oss av stamceller som odlats i vårt cellodlingslaboratorium. Stamcellerna har omprogrammerats från hudceller av våra samarbetspartner i Tyskland, USA och Japan. Därefter har vi undersökt stamcellerna som vi odlat fram till hjärnceller, förklarar Johan Jakobsson, professor i neurovetenskap vid Lunds universitet, som lett studien i Lund.

Från stamcellerna har forskarna specifikt odlat fram hjärnceller från människa och schimpans och jämfört de två celltyperna. Forskarna fann då att människa och schimpans använder en del av sitt DNA på olika sätt, vilket tycks spela stor roll för våra våra hjärnors utveckling.

– Den del som skiljer sig i vårt DNA var oväntad, det är så kallade strukturella varianter av DNA som tidigare benämnts som "skräp-DNA", en lång DNA-sträng som upprepar sig och som man länge bedömt vara utan funktion. Vanligtvis har vi forskare sökt efter svar i den del av DNA där de proteinproducerande generna finns – vilket endast utgör cirka två procent av hela vårt DNA – och undersökt själva proteinerna för att hitta exempel på skillnader.

De nya fynden tyder alltså på att skillnaderna tycks ligga utanför de proteinkodande generna i det som betecknats som "skräp-DNA", som man trott saknat funktion och som utgör majoriteten av allt vårt DNA.

– Detta tyder på att det som ligger till grund för den mänskliga hjärnans evolution antagligen är mycket mer komplicerade genetiska mekanismer än man tidigare trott, då man tänkte sig att svaren fanns i de två procenten genetiskt DNA. Våra resultat pekar på att det som varit viktigt för hjärnans utveckling istället kanske gömmer sig i de förbisedda 98 procenten, som tycks vara viktiga. Detta är överraskande resultat.

Stamcellstekniken som forskarna i Lund använt är revolutionerande och har möjliggjort denna typ av forskning, belönades 2012 med Nobelpriset i medicin eller fysiologi. Det var den japanska forskaren Shinya Yamanaka som upptäckte att specialiserade celler kan omprogrammeras och utvecklas till kroppens alla vävnader. Och i Lundaforskarnas fall, till hjärnceller. Utan denna teknik hade man inte kunnat studera skillnaderna mellan människa och schimpans med etiskt försvarbara metoder.

Varför ville då forskarna undersöka skillnaden mellan människa och schimpans?

– Jag tror att hjärnan är nyckeln till att förstå vad det är som gör en människa till en människa. Hur det kommer sig att människan kan använda sin hjärna på ett sådant sätt att hon kan bygga samhällen, utbilda sina barn, utveckla avancerad teknik? Det är fascinerande!

Johan Jakobsson tror att de nya fynden i en framtid också kan komma att bidra till genetiska grundade svar på frågor om psykiatriska sjukdomar, såsom schizofreni, en sjukdom som tycks vara unik för människan.

– Men vägen dit kan vara lång, då man istället för att forska vidare på de två procenten kodat DNA, nu kan bli tvungen att gräva djupare i alla de 100 procenten, en avsevärt mycket mer komplicerad uppgift för forskningen.

Kontakt:
Johan Jakobsson, professor i neurovetenskap, mobil: 0709-286443, epost: johan.jakobsson@med.lu.se

Publikation:
”A cis-acting structural variation at the ZNF558 locus controls a gene regulatory network in human brain development”
Cell Stem Cell, 7 oktober 2021,  DOI: 10.1016/j.stem.2021.09.008

Kortfakta om studien:
Ämne: Genetik, evolution, stamcellsbiologi, neurovetenskap.
Forskningsområde: grundforskning
 publicerad i peer Review-granskad publikation
Experimentell undersökning
Samarbete: Studien är ett samarbete mellan Lunds Stamcellscentrum; Lunds Diabetescentrum; University of Washington, Seattle USA; EPFL, Lausanne, Schweiz.

Studien har finansierats med medel från: Vetenskapsrådet, Hjärnfonden, Cancerfonden, Barncancerfonden, SSMF och de starka forskningsområdena StemTherapy och MultiPark

-----------------
Presskontakt Medicinska fakulteten vid Lunds universitet: Katrin Ståhl, 046-222 01 31, 0725-27 97 97, katrin.stahl@med.lu.se

Lunds universitet grundades 1666. Här finns 40 000 studenter och över 8000 medarbetare i Lund, Helsingborg och Malmö. Vi förenas i vår strävan att förstå, förklara och förbättra vår värld och människors villkor. Lunds universitet rankas återkommande som ett av världens 100 främsta lärosäten.

Taggar: