Эволюция человека — это не просто ноты, а то, как их исполняли

May 09, 2023

ДАРЕМ, Северная Каролина — Команда исследователей Дьюка выявила группу последовательностей человеческой ДНК, вызывающих изменения в развитии мозга, пищеварении и иммунитете, которые, по-видимому, быстро развивались после того, как наша семейная линия отделилась от линии шимпанзе, но до того, как мы разделились с Неандертальцы.

Наш мозг больше, а кишки короче, чем у наших сверстников-обезьян.

«Многие черты, которые мы считаем уникальными и специфичными для человека, вероятно, появляются в этот период времени», — через 7,5 миллионов лет после разделения с общим предком, которого мы делим с шимпанзе, — сказал Крейг Лоу, доктор философии. , доцент кафедры молекулярной генетики и микробиологии Медицинской школы Дьюка.

В частности, рассматриваемые последовательности ДНК, которые исследователи назвали быстроразвивающимися регионами предков человека (HAQERS), что произносится как «хакеры», регулируют гены. Это переключатели, которые сообщают близлежащим генам, когда их следует включать и выключать.Результаты появляютсяв журнале CELL.

По словам Лоу, быстрая эволюция этих областей генома, по-видимому, послужила тонкой настройке регуляторного контроля. По мере того, как последовательности превращались в регуляторные области, в человеческую операционную систему добавлялось больше переключателей, и они были более точно настроены для адаптации к сигналам окружающей среды или развития. В целом эти изменения были выгодны нашему виду.

«Они кажутся особенно специфичными в активации генов, мы думаем, только в определенных типах клеток в определенные периоды развития, или даже в генах, которые включаются, когда окружающая среда каким-то образом меняется», — сказал Лоу.

Многие из этих геномных инноваций были обнаружены в развитии мозга и желудочно-кишечного тракта. «Мы видим множество регуляторных элементов, которые активируются в этих тканях», — сказал Лоу. «Это ткани, в которых люди уточняют, какие гены экспрессируются и на каком уровне».

Сегодня наш мозг больше, чем у других обезьян, а кишки короче. «Люди предположили, что эти две ткани даже связаны, потому что это две действительно дорогие метаболические ткани», — сказал Лоу. «Я думаю, что мы видим, что на самом деле не было ни одной мутации, которая дала вам большой мозг, и одной мутации, которая действительно поразила кишечник, вероятно, со временем произошло множество таких небольших изменений».

Для получения новых результатов лаборатория Лоу сотрудничала с коллегами из Дьюка Тимом Редди, доцентом биостатистики и биоинформатики, и Деброй Сильвер, доцентом молекулярной генетики и микробиологии, чтобы использовать их опыт. Лаборатория Редди способна одновременно наблюдать за миллионами генетических переключателей, а Сильвер наблюдает за действием переключателей при развитии мозга мышей.

«Наш вклад заключался в том, что если бы мы могли объединить обе эти технологии, то мы могли бы изучить сотни переключателей в такой сложной развивающейся ткани, которую невозможно получить из клеточной линии», — сказал Лоу.

«Мы хотели идентифицировать переключатели, которые были совершенно новыми для людей», — сказал Лоу. С помощью вычислений они смогли сделать вывод, какой была ДНК предка человека и шимпанзе, а также вымерших линий неандертальцев и денисовцев. Исследователи смогли сравнить последовательности генома этих других родственников постшимпанзе благодаря базам данных, созданным на основе новаторской работы нобелевского лауреата 2022 года Сванте Пяабо.

«Итак, мы знаем последовательность неандертальцев, но давайте проверим эту последовательность неандертальцев и посмотрим, действительно ли она может включать гены или нет», что они делали десятки раз.

«И мы показали, что это действительно переключатель, который включает и выключает гены», — сказал Лоу. «Было действительно интересно видеть, что новая регуляция генов возникла благодаря совершенно новым переключателям, а не просто перемонтированию уже существовавших переключателей».

Наряду с положительными чертами, которые HAQER придали человеку, они также могут быть причастны к некоторым заболеваниям.

У большинства из нас удивительно схожие последовательности HAQER, но есть некоторые различия, «и мы смогли показать, что эти варианты имеют тенденцию коррелировать с определенными заболеваниями», — сказал Лоу, а именно с гипертонией, нейробластомой, униполярной депрессией, биполярной депрессией и шизофренией. Механизмы действия пока неизвестны, и в этих областях необходимо провести дополнительные исследования, сказал Лоу.