นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยโตรอนโต แคนาดาค้นพบโมเลกุลตัวหนึ่งในเซลล์ที่เป็นกุญแจสำคัญต่อการพัฒนามนุษย์จนกลายเป็นสัตว์ที่ฉลาดที่สุดในโลก

ศาสตราจารย์ เบนจามิน เบลนโคว แห่งมหาวิทยาลัยโตรอนโต และทีมงานได้ค้นพบว่า การเปลี่ยนแปลงในโปรตีนที่ชื่อ PTBP1 ช่วยกระตุ้นการสร้างเซลล์ประสาทได้ และอาจจะเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้วิวัฒนาการของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมนั้นมีมากกว่าสัตว์ชนิดอื่นๆเทียบกับสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่นๆ โดยงานวิจัยนี้ได้รับการเผยแพร่ในวารสารวิชาการ Science แล้ว

สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีขนาดสมองและความซับซ้อนที่แตกต่างกัน แต่ก็ยังไม่มีใครทราบแน่ชัดว่าความแตกต่างนี้มีที่มาที่ไปอย่างไร เช่น มนุษย์กับกบนั้นมีวิวัฒนาการแยกกันมา 350 ล้านปีและมีความสามารถทางสมองที่แตกต่างกันมาก แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ทราบว่ามียีนบางส่วนของคนกับกบที่คล้ายๆกัน ซึ่งก็เพื่อการสร้างอวัยวะของร่างกายนั่นเอง

คำถามคือ ยีนที่คล้ายๆกันเหล่านั้นทำให้เกิดโครงสร้างที่แตกต่างกัน ทั้งขนาดและความซับซ้อนของอวัยวะได้อย่างไร?

กระบวนการที่เป็นกุญแจสำคัญอยู่ในงานวิจัยของ ศ.เบลนโคว และทีมงาน ที่ได้เรียกกระบวนการนี้ว่า alternative splicing (AS) หรือการประกบทางเลือก ทั้งนี้ กระบวนการนี้จะให้ผลิตภัณฑ์ของยีนออกมาซึ่งจะประกอบกันไปเป็นโปรตีน องค์ประกอบเริ่มต้นของสิ่งมีชีวิตต่อไป ในช่วงที่เกิดกระบวนการ AS นี้ เศษส่วนของยีนที่เรียกว่า exons จะทำให้โปรตีนนั้นมีรูปร่างที่แตกต่างกัน

AS ทำให้เซลล์สามารถสร้างโปรตีนได้มากกว่าหนึ่งตัวจากยีนตัวเดียว ดังนั้น จำนวนของโปรตีนทั้งหมดก็อาจจะมีมากกว่ายีนที่มีอยู่ เซลล์จะมีความสามารถในการควบคุมความหลากหลายของโปรตีน ทำให้เซลล์เซลล์นั้นๆมีหน้าที่ที่ไม่เหมือนกันในร่างกาย งานวิจัยของเบลนโควก่อนหน้านี้ชี้ว่า เมื่อกระบวนการ AS มีมากขึ้นก็จะทำให้สัตว์มีกระดูกสันหลังมีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น ดังนั้น แม้ว่ายีนจะทำให้ร่างกายของสัตว์มีกระดูกสันหลังเหมือนกัน แต่โปรตีนที่เกิดจากยีนเหล่านี้เองที่ทำให้สัตว์แต่ละชนิดมีความแตกต่างกัน รวมถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม ซึ่งสัตว์อื่นๆ จำพวกนกและกบจะไม่ค่อยมี

และผลสรุปของกระบวนการ AS นี้ก็สามารถประยุกต์ใช้กับสมองได้เช่นกัน

"เราอยากจะรู้ว่ากระบวนการ AS นี้ทำให้เกิดความแตกต่างกันของสมองของสองสปีชีส์หรือไม่"เซอร์จ กูรอซซอฟ นักศึกษาในโครงการนี้เผย โดยก่อนหน้านี้ กูรอซซอฟได้ค้นพบว่า PTBP1 เป็นโปรตีนที่ทำให้เกิดรูปร่างของสิ่งมีชีวิตซึ่งแตกต่างกับสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่นๆ

PTBP1 เป็นตัวควบคุมกระบวนการ AS หน้าที่ของโปรตีนนี้คือหยุดไม่ให้เซลล์พัฒนาไปเป็นเซลล์ประสาทโดยการปิดกระบวนการ AS ของผลผลิตจากยีนตัวอื่น กูรอซซอฟทำการทดลองในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและแสดงให้เห็นว่า การใช้ PTBP1 แบบที่ดัดแปลงให้สั้นลงจะมีผลกับกระบวนการ AS ปรับสมดุลของโปรตีนที่จะมีผลต่อการพัฒนาเซลล์ไปเป็นเซลล์ประสาทอีกที

กูรอซซอฟชี้ว่า เมื่อเซลล์ของไก่มี PTBP1 ที่สั้นลงจนเหลือเท่าๆกับในมนุษย์ กระบวนการ AS นี้ก็มีลักษณะคล้ายกับในมนุษย์เลย

"สิ่งที่น่าสนใจของงานเราก็คือ เราค้นพบว่าการสับเปลี่ยนกันของ PTBP1 สองรูปแบบนั้นมีผลต่อจังหวะเวลาที่ว่าเซลล์ประสาทจะถูกสร้างเมื่อไหร่ในช่วงที่สิ่งมีชีวิตยังเป็นเอ็มบริโออยู่ และพัฒนาไปเป็นระบบที่ซับซ้อนและสมองที่มีขนาดต่อไปอย่างไร" เบลนโคว อธิบาย

"งานนี้เป็นเพียงการศึกษาโมเลกุลตัวเดียวจากทั้งหมดที่มีผลกับกระบวนการ AS ที่น่าจะมีหน้าที่สำคัญที่ทำให้เกิดวิวัฒนาการที่แตกต่างกัน"

อ้างอิง: University of Toronto. (2015, August 20). Why we're smarter than chickens: Researchers uncover protein part that controls neuron development. ScienceDaily. Retrieved August 30, 2015 from www.sciencedaily.com/releases/2015/08/150820144840.htm

งานวิจัย: S. Gueroussov, T. Gonatopoulos-Pournatzis, M. Irimia, B. Raj, Z.-Y. Lin, A.-C. Gingras, B. J. Blencowe. An alternative splicing event amplifies evolutionary differences between vertebrates. Science, 2015; 349 (6250): 868 DOI: 10.1126/science.aaa8381