Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Duplicatie van genen en de ontwikkeling van het menselijk brein

Drie dagen geleden is er in Cell een studie gepubliceerd die laat zien hoe in de mens een gemuteerde duplicatie van een gen de expressie van het oorspronkelijke gen onderdrukt. Als gevolg daarvan heeft er in het ontwikkelend brein een versnelling van de migratie van neuronen plaats. Bovendien is de groei van het aantal dendrieten (vertakte uitlopers van de zenuwcel die connecties vormen met andere zenuwcellen) vertraagd waardoor er van deze laatste uiteindelijk meer gevormd worden en er een groter brein ontstaat.

Neuronen en glia in de hippocampus van de muis

Het oorspronkelijke gen (SRGAP) is verantwoordelijk voor de rijping van de neuronen in het primatenbrein, in het bijzonder voor het leggen van connecties tussen deze hersencellen. Nu gebeurt het door fouten tijdens het kopiëren van het DNA of gedurende crossing-over dat genen gedupliceerd raken. Zo’n 5% van ons genoom bestaat uit duplicaties. Het onderzoek laat zien dat er in het menselijk brein meerdere duplicaties van dit gen zijn. De eerste duplicatie had zo’n 3,4 miljoen jaar geleden plaats en produceerde een inactief gen (SRGAP2B). De tweede duplicatie is een kopie van de eerste duplicatie en vormde het gen SRGAP2C dat een verkort eiwit produceert. Deze laatste duplicatie had 2,4 miljoen jaar geleden plaats ongeveer ten tijde van de overgang van Australopithecus naar Homo. Alle duplicaties bevinden zich op het chromosoom 1.

Dit verkorte eiwit blijkt de expressie van het oorspronkelijke gen (SRGAP) te onderdrukken en maakt de mens tot een ‘knock-out’ voor SRGAP. Door dit gen en de duplicaten in muizen te plaatsen kon men constateren dat tijdens de ontwikkeling van de hersenen de neuronen sneller migreerden en er langer over deden hun dendrieten te vormen, net zoals in het menselijk brein. Er is daarom meer tijd om connecties te vormen tussen de neuronen waardoor de hersenen wellicht een grotere potentie hebben gekregen in de mens. Dit is een belangrijk verschil tussen de verschillende primaten. Het mensenbrein rijpt veel langzamer dan dat van andere primaten en dit resultaat geeft wellicht aan wat de genetische achtergrond daarvan is. Een ander proces wat van belang is voor de rijping van de hersenen is de ‘pruning’ ofwel het snoeien van de vele synapsen en de leeftijd van het organisme waarop deze plaatsheeft.

Het is de eerste keer dat aangetoond wordt dat een duplicaat een effect heeft op de expressie van het origineel. Er zijn nog 30 andere eiwit-coderende genen die gedupliceerd raakten met de evolutie van het menselijk brein. De onderzoekers zullen deze genen nu beter bekijken om te zien of ook deze van invloed zijn op de ontwikkeling daarvan.

Uit Cell 1 en 2 en NatureNews

31 Reacties op “Duplicatie van genen en de ontwikkeling van het menselijk brein

  1. harry pinxteren mei 6, 2012 om 13:21

    Marleen
    Zeer interessante resultaten en prima voorbeeld voor onze discussie, denk ik. Vooral die opeenvolging van mutaties zijn interessant. En nog zo’n 30 van dit soort!
    Het gaat vooral om SRGAP2C begrijp ik. Het werd 2.4 miljoen jaar geleden gecopieerd, juist het moment zo’n beetje dat de Homo- lijn ontstond. En uit experimenten bij muizen blijkt ook dat het vooral zorgt voor ‘meer tijd om connecties te vormen tussen de neuronen waardoor de hersenen wellicht een grotere potentie hebben gekregen in de mens’.
    Dat klinkt als een evolutionair voordeel. Maar wat deed dit gen dan precies voor de eerste mutant van de soort, zeg maar? Maakte hij betere vuistbijlen? Maakte hij meer indruk op de vrouwtjes zoals de Mating Mind van Miller dat wil. Of allebei? Maar vooral: hoe toets je dat? Er zijn nog zo’n 30 van dit soort mutaties.
    Volgens Eichler zou SRGAP2C al meteen vanaf het begin de manier waarop SRGAP functioneert hebben veranderd, zo lees ik. Maar naar aanleiding van een eerder soortgelijk onderzoeksresultaat (Marques-Bonet, T. et al. Nature 457, 877–881 (2009) ) zei hij “It is the collective impact of all these genetic differences that make us human.” Dan heb je het ook over collectieve voordelen. Allemaal op basis van een reeks afzonderklijke en vooral willekeurige mutaties? Het blijft lastig.

  2. Marleen mei 6, 2012 om 15:45

    Harry, dank voor je reactie en de link. Die had ik nog niet gelezen.
    Al deze mutaties kunnen niet anders dan willekeurig zijn (je twijfelt er nog steeds aan merk ik.) Duplicaties zijn fouten in replicatie of gedurende de meiose. Het zijn fouten dus kunnen ze niet anders dan willekeurig zijn. Eigenlijk is het gevolg van de duplicatie ook een fout: de hersenen rijpen langzamer. Dat er daardoor meer tijd is om connecties te maken die de hersenen boosten is een bijverschijnsel. Als dit de cognitieve kwaliteiten van deze eerste mensen vergrootte dan is dat op zich al genoeg er ook de fitness van te vergroten. Daar hoeven niet persè ‘mating minds’ aan te pas te komen al is het misschien een leuke gedachte…

    • harry pinxteren mei 6, 2012 om 17:44

      Marleen, nee ik snap sommige dingen nog steeds niet:

      “Als dit de cognitieve kwaliteiten van deze eerste mensen vergrootte dan is dat op zich al genoeg er ook de fitness van te vergroten”.
      “Op zich al genoeg”: Als je zo redeneert, heeft elk nadeel inderdaad zijn voordeel. Maar hoeveel voordeel leverde deze mutatie eigenlijk precies op? En hoe weet je dat? Net genoeg om een voordeel te zijn, zeg je in feite. Maar zo klopt het dus altijd- de fittest overleven inderdaad, waarom? omdat ze de net fit genoeg waren. Je kunt het niet toetsen.

      ‘ALS..DAN’. Misschien, ja, maar misschien was deze mutatie ‘ op zich’ net niet genoeg, en waren er nog een paar van de andere nodig, zoals bijvoorbeeld die mutaties in de expressie van het GADD45G gen waardoor de aanmaak van neuronen veel langer doorgaat – grappig wij danken al die neuronen van ons aan een verlies van code op wel 150 plekken in ons genoom tegelijk: dat lijkt me een gigantisch staaltje stochastiek!

      En als het inderdaad om een ‘collectieve impact’ gaat (Eichler), kan ik me nog veel meer van dit soort stochastiek voorstellen. Het lijkt me tenminste dat je voor zo’n GADD45G mutatie nog wel minstens een andere mutatie nodig hebt wil je er geen vreselijke hoofdpijn aan overhouden. Dat nadeel is met geen mogelijkheid in een voordeel om te praten. Niet ‘op zich” in ieder geval. Die GADD45G-mutatie zorgt alleen voor meer neuronen, niet voor meer ruimte. Maar intussen heb ik nu al zoveel toevalligheid dat ik me er weinig meer bij kan voorstellen. Dat geldt ook als je al die mutaties achter mekaar zet. Dus als ze ‘op zich’, stuk voor stuk, voordeel opleveren. Maar hoe weet je dat, vraag ik me nog steeds af.
      Ik doe mijn best, maar ik ben dus weer terug bij af, kortom😉

    • harry pinxteren mei 6, 2012 om 18:00

      sorry, ik weet nu het antwoord op de vraag hoe je dat weet van dat voordeel van die mutaties, en vooral dat het ook precies, net!, genoeg was, moest zijn: Want dat blijkt wel, anders waren ze niet gereproduceerd, maar weggeselecteerd.
      Dit mag je een evidente tautologie noemen, ook zonder Woese. Het grote probleem is dat je redenering zo altijd klopt. Nicht einmal falsch. (zie je blog over retrotransposons, 18 en 19 en 27 april)
      Dat is volgens mij het grote probleem, althans bij de huidige stand van de (moleculaire) genetica. Uiterst interessant allemaal, zoals die verloren code: less is more!

    • Rob van der Vlugt mei 7, 2012 om 23:32

      Hoofdpijn ? Buikpijn ?
      Natuurlijke selectie lost al uw kwalen op.

      http://www.guardian.co.uk/science/neurophilosophy/2012/may/07/1?CMP=twt_fd

  3. Marleen mei 6, 2012 om 18:19

    Harry, ze moeten nog uitwijzen dat de muizen ook ‘intelligenter’ zijn geworden met deze menselijke genen. Dat gaan ze nog uitzoeken…
    Maar als deze mutatie (duplicatie) de groei van connecties doet toenemen, dan heeft dat toch een voordeel voor de cognitieve capaciteit van deze eerste mensen. Dat is iets dat jij zou moeten weten. Ik ga er dus maar van uit dat het zo is omdat je me niet meteen kunt antwoorden. Denk je nu zelf ook niet dat een intelligenter mens meer kans heeft te overleven in een savanne dan een dommere voorvader. Dat betekent toch dat hij makkelijker zijn voedsel zal kunnen vergaren bijvoorbeeld. Is dat niet genoeg om de fitness te verhogen ? Dat lijkt mij van wel, dat is toch gewoon een redenering. Je moet me geen valse woorden in de mond leggen. Ik beweer niet dat omdat er nu mensen zijn met de breinen die ze hebben ze wel succes moesten hebben gehad gedurende de evolutie. Ik beweer alleen maar dat ‘mating minds’ niet persè zo’n belangrijke rol gehad hoeven hebben. Ik zeg niet dat mating minds geen rol hebben, maar dat hoeft niet de enige parameter te zijn waardoor dit kenmerk geselecteerd wordt.
    Er is dus helemaal geen sprake van tautologie in mijn redenering. Je bent daar zo op gefixeerd dat je dat in al mijn redeneringen terugziet.

    Je redenering over het GADD45G gen begrijp ik niet. Ik weet niet waar het verhaal van verlies van 150 codes tegelijk vandaan komt. Heb je misschien een link ?

  4. zaaikort mei 6, 2012 om 18:25

    Maar beste harry van pinksteren (18:00), heb je dan liever een redenering die NIET klopt met de feiten?

    • zaaikort mei 6, 2012 om 18:29

      harry pinxteren, sorry voor de twee foutjes…

    • harry pinxteren mei 6, 2012 om 21:05

      ik snap niet wat je bedoelt. heb ik dat dan beweerd?
      misschien nog eens even goed lezen wat ik schreef.

  5. peter borger mei 7, 2012 om 09:14

    Het klinkt wellicht als een evolutionair voordeel, maar je moet aantonen dat het een reproductief voordeel geeft in muizen. Maar daar is geen sprake van.

    • harry pinxteren mei 7, 2012 om 09:19

      daar hadden wij het dus over. Maar mij gaat het er dus nog steeds om, dat de redenering altijd klopt als je niet heel precies bent: ja slimmer en meer nageslacht, dat zal best, maar hoe toon je dat aan. Het kan best dat een gen dat verschil maakt, en neotenie is ook een voordeel, maar het is ook een nadeel: langer afhankelijk, dus kwestbaarder. Toch heeft die eerste mutant het overleefd!😉

    • Marleen mei 7, 2012 om 11:59

      Ik begrijp niet waarom het zo moeilijk is te begrijpen. Peter is gefixeerd op differentiele reproductie. En Harry wil dingen aantonen die miljoenen jaren geleden gebeurd zijn.
      Het is een eenvoudige redenering. Er hoeft geen differentiele reproductie te bestaan. Het is genoeg dat een ‘slimmere’ mutant betere overlevingskansen heeft waardoor hij ook meer kans op nageslacht heeft. Als hij overlijdt voor de reproductieve leeftijd heeft hij geen nageslacht.

  6. peter borger mei 7, 2012 om 09:15

    Heeft het zin om met Darwinisten te discussieren? Nee, dus. Ze kennen de waarheid al waar anderen onderzoeken om die te vinden.

  7. peter borger mei 7, 2012 om 09:16

    En het is ook niet de eerste keer dat dit wordt waargenomen…zoals hierboven wordt beweerd.

    • harry pinxteren mei 7, 2012 om 09:21

      beweer ik dat ik de waarheid ken? Lees jij wel wat er staat?

    • Marleen mei 7, 2012 om 12:01

      Harry, ik denk dat Peter het tegen mij heeft. Ik ben de Darwinist hier, jij toch niet ?

    • Marleen mei 7, 2012 om 12:00

      Misschien heb je wat voorbeelden van dat dit niet de eerste keer is dat dit waargenomen wordt Peter. Een paar linkjes of zo…

    • harry pinxteren mei 7, 2012 om 12:02

      ja en ik probeer iets te begrijpen en niks bij voorbaat te geloven, al moet ik daar ook weer niet in overdrijven natuurlijk😉

  8. harry pinxteren mei 7, 2012 om 10:46

    marleen,
    meer voorbeelden (naast GADD45G),
    al heb ik ze natuurlijk niet gecheckt op mogelijke overlap!
    Zhang YE, Landback P, Vibranovski MD, Long M (2011) Accelerated Recruitment of New Brain Development Genes into the Human Genome. PLoS Biol 9(10): e1001179. doi:10.1371/journal.pbio.1001179
    Zij tellen plm 1300 nieuwe genen, waarvan 1100 met nieuwe functies
    Wu D-D, Irwin DM, Zhang Y-P (2011) De Novo Origin of Human Protein-Coding Genes. PLoS Genet 7(11): e1002379. doi:10.1371/journal.pgen.1002379
    60 de novo genen

    • harry pinxteren mei 7, 2012 om 10:50

      ps: quote bij de toelichting op die de novo genen: ‘ bits of once-quiet stretches of DNA sometimes spontaneously assemble themselves into genes’.

  9. harry pinxteren mei 7, 2012 om 12:05

    marleen
    ‘under this replication cetered perspective (en inderdaad zoals jij het noemt een eenvoudige redenering), the emergence of complexity is an enigma. (Koonin, 2012, 414). Voor mij in ieder geval wel, maar misschien zie ik te veel complexiteit!😉

  10. Marleen mei 7, 2012 om 12:54

    Harry, dank voor je links. Ik heb alleen de abstracts gelezen. Het blijkt dat er veel nieuwe genen ontstaan zijn sinds onze afscheiding van de chimps die specifiek uitgedrukt worden in de hersenen. Helaas is van deze genen niet precies bekend wat ze ‘doen’. Iets dat men in bovenstaande studie wel heeft kunnen uitzoeken.
    De laatste van je artikelen gaat over genen die sinds 6 miljoen jaar nieuw zijn, dus ik begrijp niet waarom er in de titel gerefereerd wordt aan ‘human-specific.’

    Je haalt opnieuw Koonin aan, maar ik weet niet wat Koonin en jij onder complexiteit verstaan. De eencelligen bestaan uit erg complexe cellen die alle verschillende functies bezitten om zelfstandig te overleven, onafhankelijk van andere cellen. Onze lichaamscellen daarentegen zijn zo gespecialiseerd dat ze minder ‘complex’ zijn (minder uiteenlopende functies kunnen vervullen) dan eencelligen.

    Het NYT artikel moet ik nog lezen.

    • harry pinxteren mei 7, 2012 om 13:29

      dat is het verschil marleen
      en natuurlijk hebben we (nog) niet veel meer dan een intuitief begrip van complexiteit, maar noem het negatieve entropie (Schroedinger: de technische term is vrije energie). Die heb je in diverse soorten en maten, o.a. in de vorm van inzicht, begrip, kennis. Maar ook (een)celligen inderdaad!

      ben benieuwd of je nog reageert op dat schaarste en op die andere punten: kijk uit naar je kritiek.

  11. harry pinxteren mei 7, 2012 om 13:51

    misschien een nieuw onderwerp?
    (wat niet wil zeggen dat we hier al uitgepraat zijn!)”:
    http://blogs.scientificamerican.com/observations/2012/05/03/a-rose-is-a-rose-until-it-isnt-five-reasons-plant-dna-is-totally-crazy/

  12. Marleen mei 7, 2012 om 13:57

    Harry, ik heb geen idee hoe inzicht, begrip en kennis vormen van negatieve entropie kunnen zijn. (Ook al begrijp ik wat je bedoelt, negatieve entropie bestaat eigenlijk niet.) Maar dat zal wel een specifiek gebied en jargon zijn binnen de psychologie / neurowetenschappen.

    Een mooi artikel in de NYT. Dr. Spelke is een erg leuke vrouw. Nu vind ik het gedeelte over taal frappant, waarin gesteld wordt dat baby’s meer aangetrokken worden door mensen die hun eigen taal spreken.

    Ik weet niet of ik over die andere punten onder de voorgaande blogs nog iets toe te voegen heb.

  13. Marleen mei 7, 2012 om 14:18

    Harry, dank voor je link van scientific american. Een mooie samenvatting. Wat mij betreft is het interessantste gedeelte dat over de horizontale transfer van chloroplasten tussen verschillende soorten. Dat is een vrij nieuw gegeven.

  14. harry pinxteren mei 8, 2012 om 09:18

    rob bedankt voor de link, heb neurophilosophy bij mijn favorieten staan, goeie blogger, maar had hem gisteren gemist. voeg het artikel over de Taung toe aan mijn verzameling!

Praat mee en laat hier uw reactie achter

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più

Microplastics

INTERREG MICRO PROJECT

Scientia Salon

Philosophy, Science, and all interesting things in between

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Vita da simbionte

perché collaborare è talvolta meglio che combattere

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

The Public House for Science...

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

the aphid room

All about aphids... not simply bugs|

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

%d bloggers op de volgende wijze: