"Talgenen" FOXP2 visade sig vara en högnivåregulator. Språkgen Gen ansvarig för tal

Kapitel 4 SPRÅKMEKANISMER Grammatik på jobbet Journalister säger att det inte är någon nyhet när en hund biter en person; när en person biter en hund är det något nytt. Och detta är just kärnan i den språkliga instinkten: språket kommunicerar något nytt. Kedjor

KAPITEL 11 DEN STORA BLASTEN Tungans utveckling Elefantsnabeln är sex fot lång och en fot tjock och innehåller sextio tusen muskler. Elefanter kan använda sina stammar för att rycka upp träd, stapla stockar eller försiktigt placera dem i önskad position när

Språkets roll i medvetandets ursprung Enligt Julian Janes (1976) är den enhet av personlighet som Gazzaniga skrev om förvånansvärt ny i mänsklighetens historia. Janes tror att medvetandet dök upp hos människor för bara cirka tre tusen år sedan,

George Berkeley Teorin om syn, eller visuellt språk, som visar den omedelbara närvaron och försynen av en gudom; skyddas och förklaras. Som svar till den anonyma författaren<…>6. Att ateistiska principer är djupt rotade och sprids längre än

Artikel för tävlingen "bio / mol / text": Tal anses vara en unik egenskap som bara är utmärkande för människor, men andra arter har också sina egna kommunikationsformer, som är baserade på mekanismer som liknar mänskliga. Likheten bestäms till stor del av närheten till deras genetiska grund. Hjälten i denna berättelse är en gen FOXP2- kallat "talgenomet", men det var från människor som det fick sådana egenskaper som gjorde att vi kunde bli som vi är.

"Bio / mol / text" -2015

Science for Life Extension Foundation är sponsor för nomineringen av den bästa artikeln om mekanismerna för åldrande och livslängd. People's Choice Award sponsrades av Helicon.

Tävlingens sponsorer är laboratoriet 3D Bioprinting Solutions för bioteknologisk forskning och Visual Science-studion för vetenskaplig grafik, animation och modellering.

I slutet av 1980-talet, i en skola i västra London, märkte lärare att sju barn som hade talproblem växte upp i samma familj. Denna familj (i den vetenskapliga litteraturen förekommer den under namnet "KE-familjen") var av pakistanskt ursprung, och en närmare granskning av dess medlemmar visade att det i tre generationer av denna familj finns personer som har problem med tal (Fig. 1). . De hade svårigheter med uttalet av ord, och ibland byttes orden ut mot liknande i ljud. Om de talade ryska, så skulle de till exempel istället för ordet "ugn" uttala "flöde". Familjen visade sig ha lindriga, låg svårighetsgrad, störningar och allvarligare former av talstörningar, vilket allvarligt försämrade kommunikationen.

Bild 1. Släktträd av familjen KE. I tre generationer av familjen visade sig människor ha talproblem av olika svårighetsgrad. (svarta former)... De var representanter för båda könen: män (rutor) och kvinnor (cirklar).

Med tanke på att talproblem har gått i arv från generation till generation, har läkare som har studerat KE-familjen föreslagit att någon genetisk störning ligger till grund för dessa störningar. Talsvårigheter förekom hos båda könen, vilket betyder att den "skyldiga" genen inte fanns på könskromosomerna (X eller Y), utan på autosomerna. Som ett resultat kunde ett team av genetiker från Oxford fastställa att den önskade genen finns på den 7:e kromosomen. Dessutom studerades KE-familjen av lingvister - till exempel Myrna Gopnik ( Myrna gopnik) från Kanada. De föreslog att talstörningar i familjen orsakas av en mutation i den "grammatiska genen", som är ansvarig för en syntaktisk och grammatisk korrekt konstruktion av fraser. Senare visade det sig att representanterna för den studerade familjen hade problem inte bara med syntax och artikulation, utan i allmänhet upplevde svårigheter att kontrollera språket och läpparna. Denna störning fick senare namnet verbal dyspraksi... Hjärnan hos representanterna för KE-familjen visste inte hur man korrekt kontrollerade läpparna och tungan, vilket resulterade i att orden inte uttalades korrekt ( centimeter. låda).

Hur tal uppstår i hjärnan

För bildandet av normalt tal är det koordinerade arbetet i två delar av hjärnbarken viktigt - Brocas zoner i frontala cortex och Wernicke zoner i tinningloben. Brocas zon är ansvarig för uttalet av ord, för den motoriska komponenten i talet. Om denna del av hjärnan skadas, till exempel med en stroke, utvecklas patienten motorisk afasi- oförmåga att uttala ord eller en uttalad begränsning i antalet talade ord. Om den patologiska processen påverkar Wernickes zon, leder detta till sensorisk afasi (afasi Wernicke) - nedsatt talförståelse. En patient med svår sensorisk afasi förstår inte vad andra människor säger till honom: istället för ord hör han en otydlig uppsättning ljud. Representanter för KE-familjen utvecklade problem med frontalbarkens funktion, det vill säga deras talstörningar var en variant av motorisk afasi.

Genen som forskare från Oxford lokaliserade på kromosom 7 namngavs senare FOXP2 (Forkhead box protein P2). Det är aktivt i hjärnan såväl som i lungorna och tarmarna. FOXP2är en av de många reglerande gener som tillhör familjen RÄV-gener. På basis av genen syntetiseras en transkriptionsfaktor, som inte är direkt involverad i biokemiska processer, men som kan interagera med tiotals och hundratals promotorregioner av andra gener och reglera deras aktivitet. Att ändra denna gen leder till att alla gener som "lyder" den inte kommer att göra sitt jobb korrekt.

Vad gör FOXP2 gen säga?

Allt RÄV-gener reglerar den normala utvecklingen av embryot, och FOXP2- inget undantag. Uttrycket av denna gen ökar i progenitorcellerna i hjärnans neuroner, och när den stängs av FOXP2 deras förekomst undertrycks. Ett av sätten att FOXP2 reglerar cellmognad, är dess kontroll över genaktivitet SRPX2 (Sushi repeat-innehållande protein X-linked 2), som kodar för strukturen av proteinet peroxiredoxin. Genom denna gen FOXP2 kontrollerar bildandet av synapser (synaptogenes) och minskad aktivitet SRPX2 leder till störningar av synaptogenes och ljudkommunikation hos möss.

Under evolutionsprocessen kan DNA förändras slumpmässigt, det vill säga mutationer uppstår i molekylen. Substitutioner i nukleotidsekvensen där proteinets struktur inte förändras kallas synonym... Om en substitution i DNA leder till uppkomsten av en ny aminosyra i ett protein, övervägs en sådan substitution icke synonymt och leder som regel till en förändring i proteinets funktion. När man studerar molekylär evolution FOXP2 intressanta omständigheter avslöjades. Denna gen är en av de mest konservativa i mänskligt DNA, och de största förändringarna i FOXP2 inom gruppen av primater inträffade efter divergensen av de evolutionära linjerna hos människor och schimpanser - våra närmaste släktingar. Hos rhesusapor, gorillor och schimpanser förekom endast synonyma substitutioner i DNA, och endast orangutanger hade en icke-synonym substitution (Fig. 2). Den höga konservatismen hos genstrukturen är förknippad med de många funktioner som den reglerar och deras betydelse för den utvecklande organismen. Om mutation FOXP2 sådana former av proteinet som kodades av det uppstod som inte utförde de nödvändiga funktionerna helt, vilket ledde till den onormala utvecklingen av embryot och dess död. Sådana mutationer kunde inte föras vidare till nästa generation. Två icke-synonyma substitutioner som inträffade hos en person i en gen FOXP2, tydligen, gav våra förfäder en allvarlig fördel och förankrade sig i genomet Homo sapiens.

Figur 2. Utveckling av en gen FOXP2. Siffrorna indikerade med en linje representerar antalet substitutioner (mutationer) i DNA-sekvensen: antalet icke-synonyma substitutioner ges till raden och antalet synonyma substitutioner efter raden. Hos människor, till exempel, i jämförelse med schimpanser, inträffade bara två förändringar, men båda var icke-synonyma, det vill säga de ledde till en kvalitativ förändring i genen. Samtidigt inträffade 131 synonyma substitutioner och endast en icke-synonym substitution hos möss.

Fågeltrillar

Om en person har en gen FOXP2 förknippas med tal, då måste det hos andra djur reglera liknande funktioner. Det första man tänker på är fågelsång. Du kanske tror att fåglar alltid sjunger på samma sätt, men det är de inte. Sång är ett av verktygen för att fånga uppmärksamheten från representanter för din art. Att sjunga i närvaro av honor kallas riktad, och när män sjunger "för själen" eller i träningssyfte, anses sådan sång oriktad... Bakom sångfåglarnas lätta och luftiga triller ligger deras tydliga och välkoordinerade arbete nervsystem och maskineriet av gener som styr dess funktion.

Zebrafinken ( Taeniopygia guttata) (Fig. 3), och den mest studerade (i termer av sång) av fågelns hjärna är område X (område X), belägen i striatum - striatum. Fåglarna, vars sång växlar med årstiden, visar förändringar i område X under hela året. Den ökar under häckningssäsongen, när fågeln behöver erövra honan, och blir mindre när denna period tar slut. Ökningen av X-regionen hos fåglar är direkt relaterad till bildandet av nya synapser för att bemästra nya sångtekniker.

Figur 4. Uttryck FoxP2. När regisserad (riktad) sång är nivån av genuttryck högre än med oriktad (oriktad)... Detta samband kan tyda på att harmonisk aktivitet i nervsystemet krävs för mer harmonisk sång, vilket tillhandahålls av FoxP2.

Zebrafinken är inte en fågel vars sång växlar med årstiderna; den kännetecknas mer av en kombination av riktad och icke-riktad sång under hela året. Att studera aktivitet FoxP2 inte under utvecklingen av hjärnan, men med olika typer av dess aktivitet, genomförde forskare följande experiment. Flera hanar av zebrafinkar sjöng "för själen", i frånvaro av honor och hanar av sin egen art, medan andra hanar sjöng för honor, som ständigt ändrades av försöksledarna. Det fanns också en kontrollgrupp med fåglar som inte sjöng. Under experimentet genomfördes ljudinspelning av fågelsånger. Det visade sig att med oriktad sång, nivån på uttrycket FoxP2 minskar och med riktningen förblir hög (fig. 4). Men med oriktad sång fanns det en större variation av melodier än med riktad sång. Denna skillnad kan förklaras av uttrycksnivån FoxP2: Ju intensivare uttrycket är, desto mer ordnat och stabilt blir fågelsångerna. Det är värt att notera att forskarna som genomförde studien inte angav anledningen till att finkar som inte sjöng hade en uttrycksnivå FoxP2 förblev hög.

En annan studie på zebrafinkar klargjorde rollen av FoxP2 i bildandet av sångförmågor. Det fastställdes att det finns två populationer av neuroner i X-regionen. Den första populationen består av neuroner med hög aktivitet FoxP2, den andra - med låg. När fågeln växer upp minskar antalet neuroner från den första populationen (fig. 5), och med det minskar variationen av fågelsånger. Dock uttrycksnivån FoxP2ökar fortfarande med riktad sång, vilket indikerar en bifasisk effekt av denna gen. Under uppväxten, neuroner i vilka uttrycks aktivt FoxP2, är ansvariga för den slutliga bildningen av X-regionen. Efter att ha uppnått funktionell mognad sker ökningen av genaktivitet under riktningssång, vilket kräver koherens och klarhet. Om du bryter uttrycket FoxP2 i område X, då när man lär sig sjunga, återger fåglar melodier med fel och inte i sin helhet. Störning av "talgenen" stör också den normala variationen av sångmotiv hos unga och vuxna fåglar. Detta beror på störningen av dopaminerg modulering av aktiviteten i X-regionen. FoxP2 deltar i bildandet av dopaminreceptorer på neuronernas dendriter i X-regionen och signalöverföringssystemet från dem in i cellen, vilket gör att en förändring i dess uttryck leder till problem i denna krets. Mer i detalj beskrivs likheten mellan de genetiska mekanismerna för bildandet av fågelsång och mänskligt tal i artikeln av Elena Naimark om "Elements".

Figur 5. Åldersskillnader i antalet neuroner som tillhör olika populationer hos zebrafinkar. Populationen av neuroner som aktivt uttrycker sig FoxP2, minskar gradvis med stigande ålder. Storleken på populationen av "lågaktiva" neuroner är inte relaterad till fågelns ålder.

Storhövdade Musse Pigg

Moderna metoder för molekylärbiologi gör det möjligt att "transplantera" gener från en organism till en annan. Det är möjligt att introducera en människa FOXP2 in i genen hos ett annat djur för att förstå vilka fördelar denna variant av genen ger i hjärnans arbete.

Det allra första arbetet i denna riktning utfördes 2009. Forskarnas forskningsobjekt var möss, i arvsmassan av vilka "mus"-varianten Foxp2 ersättas med "humaniserad". Det är nödvändigt att klargöra att det inte var hela genen som förändrades, utan bara två nukleotider som bestämmer skillnaden i aminosyrasekvenserna för FOXP2-proteinet från människor och schimpanser (musproteinet skiljer sig i en aminosyra till). Alla möss med en "mänsklig" gen ( brum) överlevde och kunde lämna avkomma. Studien jämförde en annan typ av möss ( vikt/ko), i vilken en av genens alleler Foxp2 tillhörde en vanlig mus ( vildtyp, vikt), och den andra var en genvariant som hittades hos personer med talsvårigheter ( ko). Studerade också "normala" möss, och deras resultat togs som en villkorlig norm, men beaktades inte i diskussionen.

Figur 6. Dopaminnivåer i hjärnan hos två grupper av möss. Hummöss producerar mindre dopamin i olika hjärnstrukturer jämfört med wt/ko-möss.

Humaniserade möss visade mindre utforskande aktivitet än wt/ko möss, men samtidigt deltog de oftare i gruppkontakter. Hos hummöss, i jämförelse med wt/ko-gruppen, var nivån av dopamin, den huvudsakliga "motiverande" neurotransmittorn, lägre i hjärnan (Fig. 6). Det kan finnas ett direkt samband mellan dopaminnivåer och utforskande beteende. Den minskade dopaminnivån hos hummöss utgör ingen motivation för verkan av en sådan kraft och i en sådan mängd som i wt/ko-möss. Det kan dock inte sägas att detta är dåligt. På sätt och vis kan hummöss sägas vara mindre noga och mer samlade än sina wt/ko-kusiner. I striatum (en region rik på dopaminneuroner) hos hummöss hittades nervceller med längre dendriter - processer som överför information till andra celler. Bortsett från detta, den normala mänskliga varianten Foxp2ökad neuroplasticitet i hjärnan hos hummöss. I allmänhet verkar det som att "humaniseringen" av genen effektiviserade funktionen hos nervsystemet hos hummöss på grund av mer finjustering av dopaminerg signalöverföring.

En annan studie av en grupp europeiska forskare analyserade olika typer av inlärning hos möss med en mänsklig version. Foxp2... Det finns två fundamentalt olika typer av träning - deklarativ och processuella... Deklarativt lärande kräver medveten kontroll över varje handling, medvetenhet om dess innebörd. Procedurinlärning åstadkoms genom automatisk upprepning av åtgärder. I experimentet, vanliga möss och möss med en mänsklig variant Foxp2 fick gå igenom labyrinten, med hjälp av olika typer av träning. Procedurinlärning inträffade när gnagarna var tvungna att alltid svänga höger för att hitta en goding. I en annan variant av uppgiften, som innebar deklarativ inlärning, placerades godbiten alltid i samma del av labyrinten, men eftersom mössen lanserades in i den från olika sidor var de tvungna att ta hänsyn till denna omständighet och komma ihåg platsen för belöningen, beroende på ytterligare externa signaler.

När inlärningstyper undersöktes separat, fanns det ingen skillnad mellan de två grupperna av möss: båda grupperna utförde ungefär samma uppgift. Hummöss fick en klar fördel gentemot vanliga möss om de först lärde sig i en "deklarativ" labyrint och sedan gick vidare till en "procedurmässig". Tydligen förbättras övergången från deklarativ till procedurinlärning hos humaniserade möss. Enligt experimentörerna kan en sådan funktion av nervsystemet hos möss visa förändringar i den mänskliga hjärnan som har anpassat den till tal. Särskilt forskare tror att hos hummöss är balansen mellan deklarativ och procedurinlärning partisk mot procedur, medan det hos vanliga möss är tvärtom. Fenomenet att snabbt byta från deklarativt till procedurellt lärande med ökad framgång för det senare kallas av forskare proceduralisering.

Denna effekt av aminosyrasubstitutioner i Foxp2 är möjlig eftersom detta protein reglerar ett stort antal gener och i slutändan styr utvecklingen av striatum, hjärnregionen som krävs för inlärning. Mänsklig version Foxp2 i striatala neuroner förlänger den dendriter och ökar också långvarig depression ( långvarig depression- V.L.) ledning av en signal i neuroner och neuroplasticitet, vilket också har en gynnsam effekt på hjärnans aktivitet. Tydligen bildas starkare kopplingar i hjärnan, som utför sin funktion mer stabil. Resultatet av dessa förändringar är en bättre integration av inlärningsprocesser i beteendemönstret. Proceduralisering påskyndar inte "automatiseringen" av färdigheten, annars skulle hum-möss ha en stor fördel gentemot konventionella redan i skedet av isolerade tester av olika typer av träning. Det låter dig lära dig en färdighet och sedan lära dig liknande handlingar i en snabbare takt, på en automatisk nivå, det vill säga den "trampar en väg" för annan information. I princip är detta mycket likt att lära ut tal, när ett barn, efter att ha bemästrat grunderna, börjar lära sig på egen hand, bokstavligen på språng, inklusive att konstruera ord på egen hand.

Kanske det mest anmärkningsvärda bidraget FOXP2 i vår arts evolutionära historia är proceduralisering av vår utbildning det förenklade inte bara talet. Det kunde ha lett till ett mer effektivt skapande av verktyg, utveckling av metoder för matlagning och uppkomsten av andra viktiga komponenter i vår kultur. Om du ger fantasin fritt spelrum kan du föreställa dig att den moderna civilisationen uppstod tack vare två aminosyrasubstitutioner i FOXP2-proteinet, och detta är en ganska spännande idé.

Litteratur

1. Simon E. Fisher, Faraneh Vargha-Khadem, Kate E. Watkins, Anthony P. Monaco, Marcus E. Pembrey. (1998). Lokalisering av en gen som är inblandad i en allvarlig tal- och språkstörning. Nat genet. 18 , 168-170;
2. Kate E Watkins, David G. Gadian, Faraneh Vargha-Khadem. (1999). Funktionella och strukturella hjärnavvikelser associerade med en genetisk störning av tal och språk. American Journal of Human Genetics. 65 , 1215-1221;
3. D. Tsui, J.P. Vessey, H. Tomita, D.R. Kaplan, F.D. Miller. (2013). FoxP2 reglerar neurogenes under embryonal kortikal utveckling. Journal of Neuroscience. 33 , 244-258;
4. G.M. Sia, R.L. Clem, R.L. Huganir. (2013). Den mänskliga språkassocierade genen SRPX2 reglerar synapsbildning och vokalisering hos möss. Vetenskap. 342 , 987-991;
5. Wolfgang Enard, Molly Przeworski, Simon E. Fisher, Cecilia S. L. Lai, Victor Wiebe, et. al .. (2002). Molekylär utveckling av FOXP2, en gen involverad i tal och språk. Natur. 418 , 869-872;
6. F Nottebohm. (1981). En hjärna för alla årstider: cykliska anatomiska förändringar i sångkontrollkärnor i kanariefågelhjärnan. Vetenskap. 214 , 1368-1370;
7. I. Teramitsu, S. A. White. (2006). FoxP2-reglering under oriktad sång hos vuxna sångfåglar. Journal of Neuroscience. 26 , 7390-7394;
8. Thompson C.K., Schwabe F., Schoof A., Mendoza E., Gampe J., Rochefort C., Scharff C. (2013). Ung och intensiv: FoxP2-immunreaktivitet i område X varierar med ålder, sångstereotypi och sång hos zebrafinkar hanar. Främre. Neurala kretsar. 7 , 24;
9. Sebastian Haesler, Christelle Rochefort, Benjamin Georgi, Pawel Licznerski, Pavel Osten, Constance Scharff. (2007). Ofullständig och felaktig röstimitation efter knockdown av FoxP2 i Songbird Basal Ganglia Nucleus Area X. PLoS Biol. 5 , e321;
10. Malavika Murugan, Stephen Harward, Constance Scharff, Richard Mooney. (2013). Minskade FoxP2-nivåer påverkar dopaminerg modulering av kortikostriatal signalering som är viktigt för sångvariabilitet. Nervcell. 80 , 1464-1476;
11. Element:"Fågelsånger och mänskligt tal är organiserade av liknande gener";
12. Wolfgang Enard, Sabine Gehre, Kurt Hammerschmidt, Sabine M. Hölter, Torsten Blass, et. al .. (2009). En humaniserad version av Foxp2 påverkar Cortico-Basal Ganglia Circuits i möss. Cell. 137 , 961-971;
13. Dopaminsjukdomar;
14. Christiane Schreiweis, Ulrich Bornschein, Eric Burguière, Cemil Kerimoglu, Sven Schreiter, et. al .. (2014). Humanized Foxp2 påskyndar inlärningen genom att förbättra övergångarna från deklarativ till procedurprestanda. Proc Natl Acad Sci USA. 111 , 14253-14258.

Amerikanska forskare använde transgena vävnadskulturer för att studera arbetet med talgenen FOXP2. De utvärderade uttrycket av alla gener i cellkulturer med humana och simian varianter av FOXP2. Det var möjligt att identifiera ett helt komplex av gener, vars arbete på något sätt är förknippat med FOXP2. Åtta av dem är direkta mål för denna gen, och mer än hundra andra gener är indirekt reglerade. Hela denna genetiska kaskad är ansvarig för den normala utvecklingen av hjärnan, särskilt de delar som koordinationen av rörelser och, inklusive artikulationen av tal, beror på. Forskare har föreslagit att den snabba utvecklingen av FOXP2-genen var associerad med utvecklingen av andra gener från denna kaskad.

Bland generna som skiljer människor från andra primater tilldelas FOXP2-genen en speciell roll (se översiktsartikeln Kommer sinnets genetiska grund att dechiffreras?, "Elements", 2006-10-09). Denna berömda gen är, enligt klassiska idéer, ansvarig för mänskligt tal. Det vill säga för den där speciella egenskapen som är inneboende uteslutande hos människor. Hos däggdjur är denna gen mycket konserverad, till exempel skiljer sig FOXP2-genen från mus från apanalogen genom endast en aminosyrasubstitution. Och den mänskliga versionen av FOXP2-genen skiljer sig från schimpansens genom två aminosyrasubstitutioner. Detta innebär den snabba utvecklingen av FOXP2-genen i den mänskliga linjen. Det antas att drivande urval agerade i riktning mot att förbättra funktionen hos just denna gen, och som ett resultat fick en person förmågan att artikulera tal. Därför är det lätt att förstå hur mycket uppmärksamhet forskare ägnar åt studiet av denna gen.

Tidigare arbete har identifierat ett antal sjukdomar som orsakas av mutationer i FOXP2-genen; dessa sjukdomar manifesteras i talfel och strukturen i den kraniofaciala regionen, i psykisk funktionsnedsättning. Därför kan vi dra slutsatsen att FOXP2-genen är associerad med tal. En anmärkningsvärd studie av funktionerna hos FOXP2 utfördes av Wolfgang Enard och kollegor vid Max Planck-institutet i Leipzig, Tyskland. Tyska forskare födde upp transgena möss som bär mänsklig FOXP2. De transgena mössen växte upp ganska friska, även om de i vissa egenskaper skilde sig från vanliga möss. Bland de viktigaste skillnaderna nämnde författarna till studien förlängningen av dendriter och en ökning av synaptisk plasticitet i basalkärnorna eller ganglierna i hjärnan, en minskning av dopaminnivåerna, en minskning av utforskande aktivitet och en minskning av klangfärgen hos rösten.

En ny studie av amerikanska specialister från University of California, Los Angeles, Yerkes National Primatology Research Center och Department of Pathology and Medicine vid Emory University (Atlanta) visar hur olika kopplingarna och funktionerna hos FOXP2-genen verkligen är. De är uppenbarligen inte begränsade till bildandet av artikulerat tal, utan syftar snarare till att koordinera en hel kaskad av gener och proteiner som är nödvändiga för utveckling och normal funktion av hjärnan.

Detta arbete är baserat på en mängd olika biokemiska och genetiska tekniker, som tillsammans är designade för att avslöja skillnader i sammansättningen av gener och proteiner associerade med uttrycket av FOXP2 hos människor och schimpanser. Först erhölls kulturer av neurala stamfader transgeniskt, där en schimpansanalog med motsvarande två aminosyrasubstitutioner fungerade istället för human FOXP2. Sedan jämfördes uttrycket av alla (!) gener i normala och transgena celler. Det är uppenbart att skillnaden i genuttryck i två kulturer i det här fallet endast bör tillskrivas skillnader i FOXP2-genens arbete (naturligtvis hade forskarna flera transgena upprepningar till sitt förfogande för statistik).

I allmänhet produceras schimpansen FOXP2 mer aktivt, det vill säga det finns mer av det i celler än i människor. Man fann också att i kulturer med schimpans och human FOXP2 skiljer sig uttrycket av 116 gener: i den mänskliga varianten visar 61 gener ökat uttryck och 55 gener - minskat uttryck. Vissa av dessa gener är direkta målgener för FOXP2, det vill säga FOXP2 binder direkt till promotorerna för dessa gener. För andra är FOXP2 en indirekt regulator, som agerar indirekt genom andra regulatorer. Faktum är att promotorerna för vissa utvalda gener från denna array binder olika till människan och schimpansen FOXP2 (denna del av experimentet gjordes med hjälp av immunologiska tester med lysande proteiner).

Som ett resultat av analysen av strukturen hos individuella gener och deras ömsesidiga inflytande på varandra, fick forskare ett diagram över ett helt block av genetiska relationer (se nedan diagrammet från artikeln som diskuteras). Detta schema inkluderar de gener som på något sätt förändrar sitt arbete beroende på modifieringen av FOXP2. En annan kaskad av gener erhölls, också kopplad till FOXP2, men som fungerar på samma sätt med båda modifieringarna av denna gen.

Tidigare har det visat sig att generna DLX5 och SYT4 – och de är viktiga noder i denna krets – reglerar hjärnans utveckling och normala funktion. Det är nu klart att dessa gener endast representerar en del av hela det reglerande nätverket. Denna regulatoriska kaskad inkluderar några gener, mutationer i vilka orsakar allvarliga ärftliga sjukdomar. Dessa inkluderar till exempel PPP2R2B-genen (se nedan till höger i diagrammet, ovanför EBF3-genen), defekter som leder till en speciell form av cerebellär ataxi. Symptomet på denna sjukdom är talstörning.

Även i detta schema finns det gener för vilka, liksom för FOXP2, verkan av att driva selektion i den mänskliga linjen har bevisats. Dessa gener inkluderar AMT-genen. Skillnaderna i nukleotidsekvenserna för denna gen från apanaloger är mycket betydande. Det kan antas att det fanns en kopplad accelererad utveckling av den selektiva delen av denna kaskad, vilket ledde till viktiga "mänskliga" förändringar i hjärnans funktion.

Alla dessa resultat erhölls i kulturer av könslinjeprekursorer till nervceller, men inte bildade celler från vuxna individer. Det är tydligt att helt olika proteiner kan uttryckas i "vuxna" celler, som faktiskt fungerar i en person som talar, under ledning av en annan regulatorisk kaskad. Forskare, som förutsåg denna uppenbara invändning, genomförde ytterligare forskning. De utvärderade uttrycket av gener i vävnader i olika delar av hjärnan hos vuxna och schimpanser och jämförde med resultaten som erhölls för motsvarande cellkulturer (cellkulturer med schimpansgenen jämfördes med hjärnan hos en vuxen schimpans och kulturer med en mänskliga genen jämfördes med mänsklig hjärna). Det visade sig att mönstret för genuttryck i cellkulturer är extremt likt det i vävnaderna i den "vuxna" hjärnan. Likheten visade sig vara stor för både mänskliga celler och celler med schimpansgenen.

Arbetet som utfördes bekräftade återigen att skillnaderna mellan människor och apor inte kan förklaras endast av skillnader i proteinkodande sekvenser. De viktigaste "mänskliga" egenskaperna, inklusive de som är associerade med hjärnans funktion, bildas på grund av förändringar i reglering och kvantitativa skillnader i genuttryck. Den viktigaste regulatoriska faktorn som förändrar uttrycket av ett helt komplex av gener är FOXP2-genen. Bland de många funktionerna hos denna regulatorgen är kontrollen av arbetet hos de muskler som är involverade i bildandet av tal. Men trots sitt etablerade rykte som talledare, utför FOXP2-genen andra lika viktiga uppgifter i hjärnceller.