Specyficzna struktura genetyczna pojawiła się stosunkowo niedawno i to przy „niespotykanej” szybkości jak na ewolucję.
Struktura, która reprezentuje największą znaną różnicę genetyczną między ludźmi a neandertalczykami, również predysponuje ludzi do autyzmu.
Międzynarodowy zespół naukowców pod kierownictwem naukowca genomu UW Medicine Evan Eichler opublikował wyniki badań w Nature .
Struktura obejmuje segment DNA na chromosomie 16, który zawiera 28 genów. Ten segment jest otoczony przez bloki DNA, których sekwencje powtarzają się w kółko.
Takie odcinki powielonego DNA, zwane wariantami liczby kopii, są powszechne w ludzkim genomie i często zawierają wiele kopii genów. Chociaż większość wariantów liczby kopii wydaje się nie mieć negatywnego wpływu na zdrowie, niektóre z nich są związane z autyzmem.
Jednakże, gdy obie nici segmentu DNA są otoczone przez wysoce identyczne sekwencje, które mogą być podatne na duże różnice w liczbie kopii, w tym delecję, duplikację i inne zmiany podczas procesu podziału komórki. W tym przypadku usunięcie, które powoduje utratę 28 genów segmentu, powoduje autyzm.
Rekonstrukcja kryminalistyczna Homo neanderthalensis. Obraz zaadaptowany z informacji prasowej University of Washington.
W nowym badaniu naukowcy ustalili, że ta struktura, zlokalizowana w regionie chromosomu 16 oznaczonym 16p11.2, pojawiła się po raz pierwszy w naszym genomie przodków około 280 000 lat temu, na krótko przed pojawieniem się współczesnych ludzi, Homo sapiens. Struktury tej nie widać w żadnym innym naczelnym - nie ma w szympansach, gorylach, orangutanach ani nie ma w genomach naszych najbliższych krewnych, neandertalczyków i denisowian. Jednak dzisiaj, pomimo faktu, że struktura jest stosunkowo nową zmianą genetyczną, znajduje się w genomach ludzi na całym świecie.
„Większość duplikacji w naszym genomie ma miliony lat, a szybkość, z jaką ta struktura przekształciła nasz genom, jest bezprecedensowa” - powiedział współautor Eichler, profesor nauk genomowych i badacz Instytutu Medycznego Howarda Hughesa.
„Szeroka i szybka dystrybucja tych wariantów liczby kopii sugeruje, że geny w powtarzających się sekcjach zapewniają korzyści, które przewyższają wady, które pojawiają się wraz ze zwiększonym ryzykiem autyzmu u niektórych potomstwa, powinno spowodować usunięcie genu".
Warianty liczby kopii mogą odgrywać ważną rolę w ewolucji człowieka, ponieważ jako gatunek jesteśmy stosunkowo jednorodni genetycznie.
„Gdybyście wyjęli dwa szympansy z naturalnego środowiska, miałyby one dwa razy więcej różnic genetycznych w swoich genomach niż moglibyście zobaczyć między dwoma przypadkowymi ludźmi. Natomiast orangutany mają trzy razy więcej różnic.
Posiadanie tych struktur oznacza, że my jako homo sapiens mamy sposób na radykalną restrukturyzację naszego genomu w bardzo krótkim czasie, co doprowadzi do zmian, które w przeciwnym razie mogą wymagać setek milionów lat ewolucji, ale kosztem zwiększonego ryzyka autyzmu i innych neuropsychiatrycznych zaburzeń ”
Posiadanie tych struktur oznacza, że my jako homo sapiens mamy sposób na radykalną restrukturyzację naszego genomu w bardzo krótkim czasie, co doprowadzi do zmian, które w przeciwnym razie mogą wymagać setek milionów lat ewolucji, ale kosztem zwiększonego ryzyka autyzmu i innych neuropsychiatrycznych zaburzeń ”
Jedną z zalet różnych wariantów liczby kopii jest to że, zawierają one wiele kopii genów, które mogą mutować i zdobywać nowe, potencjalnie przydatne funkcje.
Rekonstrukcja głowy mężczyzny neandertalczyka po lewej i czaszki neandertalczyka. Jeden gen zidentyfikowany przez UW Medicine i innych badaczy może być pierwszym zidentyfikowanym, który odróżnia ludzi od neandertalczyków. Obraz NeuroscienceNews.com został zaadaptowany z informacji prasowej University of Washington.
Szczególnie interesujący dla naukowców był gen w wariancie liczby kopii 16p11.2 zwany BOLA2, którego wiele kopii znaleziono w obu regionach flankujących.
Białko BOLA2 w ludzkich komórkach wydaje się tworzyć kompleks z innym białkiem, zwanym glutaredoksyną 3, które umożliwia komórkom skuteczniejsze wychwytywanie żelaza i udostępnianie go białkom, które tego wymagają. Efekt ten wydaje się być najbardziej widoczny we wczesnym rozwoju komórek.
Białko BOLA2 w ludzkich komórkach wydaje się tworzyć kompleks z innym białkiem, zwanym glutaredoksyną 3, które umożliwia komórkom skuteczniejsze wychwytywanie żelaza i udostępnianie go białkom, które tego wymagają. Efekt ten wydaje się być najbardziej widoczny we wczesnym rozwoju komórek.
„Ta umiejętność pomagania ludziom w zdobywaniu i wykorzystywaniu tego niezbędnego pierwiastka we wczesnym okresie życia może przynieść znaczące korzyści, które przewyższają ryzyko posiadania potomstwa z autyzmem” - powiedział Eichler.
Oprócz BOLA2 wydaje się, że mutacje w obrębie wariantów wariantu liczby kopii stworzyły nowe białko utworzone przez fuzję dwóch regionów genu BOLA2 z trzema regionami innego genu. Ten nowy gen może być pierwszym całkowicie nowym genem, który odróżnia ludzi od naszych neandertalskich i starożytnych kuzynów hominin - powiedział Eichler. Dokładnie jaka rola nowego białka, które tworzy, pozostaje nieznana. „Będziemy współpracować z innymi zespołami badawczymi, aby dowiedzieć się, co robi, ale jak dotąd nie mamy pojęcia”.
Źródło: Robert Sanders - University of Washington
Image Source: Te zdjęcia NeuroscienceNews.com zostały zaadaptowane z informacji prasowej University of Washington.
Original Research: Abstractza „Pojawienie się rodziny genów specyficznych dla Homo sapiens i wrażliwości chromosomów 16p11.2 CNV” Xander Nuttle, Giuliana Giannuzzi, Michael H. Duyzend, Joshua G. Schraiber, Iñigo Narvaiza, Peter H. Sudmant, Osnat Penn, Giorgia Chiatante, Maika Malig, John Huddleston, Chris Benner, Francesca Camponeschi, Simone Ciofi-Baffoni, Holly AF Stessman, Maria CN Marchetto, Laura Denman, Lana Harshman, Carl Baker, Archana Raja, Kelsi Penewit, Nicolette Janke, W. Joyce Tang, Mario Ventura , Lucia Banci, Francesca Antonacci, Joshua M. Akey, Chris T. Amemiya, Fred H. Gage, Alexandre Reymond i Evan E. Eichler w Nature . Opublikowano online 3 sierpnia 2016 doi: 10.1038 / nature19075
Image Source: Te zdjęcia NeuroscienceNews.com zostały zaadaptowane z informacji prasowej University of Washington.
Original Research: Abstractza „Pojawienie się rodziny genów specyficznych dla Homo sapiens i wrażliwości chromosomów 16p11.2 CNV” Xander Nuttle, Giuliana Giannuzzi, Michael H. Duyzend, Joshua G. Schraiber, Iñigo Narvaiza, Peter H. Sudmant, Osnat Penn, Giorgia Chiatante, Maika Malig, John Huddleston, Chris Benner, Francesca Camponeschi, Simone Ciofi-Baffoni, Holly AF Stessman, Maria CN Marchetto, Laura Denman, Lana Harshman, Carl Baker, Archana Raja, Kelsi Penewit, Nicolette Janke, W. Joyce Tang, Mario Ventura , Lucia Banci, Francesca Antonacci, Joshua M. Akey, Chris T. Amemiya, Fred H. Gage, Alexandre Reymond i Evan E. Eichler w Nature . Opublikowano online 3 sierpnia 2016 doi: 10.1038 / nature19075
