Подобно заветным рецептам, передаваемым из поколения в поколение, есть лишь некоторые области ДНК, которые эволюция не осмеливается изменить. Например, млекопитающие повсюду имеют множество таких закодированных последовательностей, которые оставались нетронутыми в течение миллионов лет.
Люди — странное исключение в этом клубе. По какой-то причине рецепты, давно хранимые нашими древними предками, за короткий эволюционный промежуток времени вдруг «оживились».
Поскольку мы — единственный вид, у которого эти области были переписаны так быстро, их называют « ускоренными человеческими областями » (или HAR). Более того, ученые считают, что по крайней мере некоторые HAR могут быть причиной многих качеств, которые отличают людей от их близких родственников, таких как шимпанзе и бонобо.
Во главе с вычислительным биологом Кэти Поллард, директором Гладстонского института науки о данных и биотехнологии в США , группа исследователей определила HAR почти два десятилетия назад при сравнении геномов человека и шимпанзе.
В новом исследовании команда Полларда обнаружила, что трехмерная укладка ДНК человека в ядре является ключевым фактором в этот поворотный момент для нашего вида.
Представьте отрезок ДНК нашего последнего общего предка с шимпанзе в виде длинного шарфа, обернутого вокруг вашей шеи, с полосами разных цветов, пересекающими его ткань по всей длине.
А теперь представьте, что кто-то пытался сделать точно такой же шарф, но не совсем по оригинальной схеме. Некоторые полосы уже, некоторые шире, а некоторые имеют цвета в другом порядке, чем в оригинале.
Когда вы наматываете этот новый шарф на шею так же, как и в оригинале, полосы, расположенные рядом друг с другом в петле, уже не те же.
Как и в этом шарфе, большая разница между ДНК человека и шимпанзе носит структурный характер: большие фрагменты строительных блоков ДНК были вставлены, удалены или перестроены в геноме человека. Таким образом, ДНК человека укладывается в ядре иначе, чем ДНК других приматов.
Команда Полларда исследовала, могли ли эти структурные изменения в ДНК человека и ее измененная трехмерная укладка привести к «захвату» определенных генов в HAR, связывая их с другими генами, кодирующими белок, чем они были первоначально применены.
Многие гены внутри HAR связаны с другими генами, действуя как энхансеры (что означает, что они увеличивают транскрипцию связанных с ними генов).
«Энхансеры могут влиять на активность любого гена, который оказывается рядом, что может варьироваться в зависимости от того, как свернута ДНК», — сказал Поллард .
В исследовании, опубликованном ранее в этом году , группа Полларда создала модель, предполагающую, что быстрые вариации, появлявшиеся в HAR у ранних людей, часто противоречили друг другу, меняя активность энхансера вверх и вниз в своего рода генетической тонкой настройке — модель, поддерживаемая их новое исследование.
В своем последнем исследовании команда сравнила геномы 241 вида млекопитающих, используя машинное обучение , чтобы справиться с большим объемом данных.
Они идентифицировали 312 HAR и исследовали, где они расположены в трехмерных «окрестностях» свернутой ДНК. Почти 30 процентов HAR были в областях ДНК, где структурные вариации привели к тому, что геном у людей складывался иначе, чем у других приматов.
Команда также обнаружила, что районы, содержащие HAR, были богаты генами, которые отличают людей от наших ближайших родственников, шимпанзе.
В эксперименте, в котором сравнивали ДНК в растущих стволовых клетках человека и шимпанзе , одна треть идентифицированных HAR была транскрибирована специфически во время развития неокортекса человека.
Многие HAR играют роль в развитии эмбриона, особенно в формировании нервных путей, связанных с интеллектом, чтением, социальными навыками, памятью, вниманием и концентрацией внимания — чертами, которые, как мы знаем, у людей явно отличаются от других животных.
В HAR эти гены-энхансеры, не менявшиеся в течение миллионов лет, возможно, должны были адаптироваться к их различным генам-мишеням и регуляторным доменам.
«Представьте, что вы энхансер, контролирующий уровень гормонов в крови, а затем ДНК складывается по-новому, и вдруг вы сидите рядом с геном нейротрансмиттера и вам нужно регулировать химический уровень в мозгу, а не в крови», — Поллард . сказал.
«Происходит что-то важное, например, это массивное изменение в сворачивании генома, и наши клетки должны быстро исправить это, чтобы избежать эволюционного недостатка».
Мы еще точно не понимаем, как эти изменения повлияли на определенные аспекты развития нашего мозга и как они стали неотъемлемой частью ДНК нашего вида. Хотя Поллард и ее команда уже планируют углубиться в эти вопросы.
Но пока их исследования показывают, насколько уникальна и маловероятна эволюция человеческого мозга.
No comments:
Post a Comment