Исследование проливает свет на эволюцию человеческой сложности

Анализ тысяч генов и кодируемых ими белков показывает, что биологическая сложность человека частично обусловлена эволюционным механизмом, который позволил справиться с избыточностью, возникающей из-за дупликации генов.

"Мы обнаружили конкретный эволюционный механизм, объясняющий часть нашей сложности", — сказал Ариэль Фернандес, профессор биоинженерии Университета Райса. "Это механизм преодоления, который позволяет нашим белкам со временем становиться более специализированными".

Исследование, опубликованное в декабрьском номере журнала Genome Research, опирается на работы Майкла Линча, который показал, что естественный отбор менее эффективен у людей по сравнению с бактериями из-за меньшей численности популяции.

Механизм специализации

• В геноме человека сохранилось необычно много дублированных генов (паралогов) из-за неэффективности отбора.
• Ранее было установлено, что плохо упакованные белки структурно стабильны только при связывании с белками-партнерами.
• При дупликации гена такого белка возникает "дисбаланс дозировки" (избыток белка), который может вызывать болезни (например, болезнь Альцгеймера).
• Из-за неэффективного отбора паралоги сохраняются в геноме достаточно долго, чтобы в них накопились случайные мутации.
• Анализ показал, что эти мутации часто меняют регуляцию экспрессии паралогов (например, через связывание с microRNA), устраняя вредный дисбаланс дозировки и приводя к специализации белков.

Ключевые выводы

• У сложных организмов наблюдается тенденция к эволюции более открытой структуры белков.
• Накопление слабовредных мутаций может слегка снижать стабильность белка, что открывает путь к новым межбелковым взаимодействиям для её компенсации.
• Эти взаимодействия — основа для эволюции сложности у многоклеточных видов.
• Чем хуже упакован белок, тем выше вероятность специализации его паралогов.

"Это подтверждает эволюцию, показывая, что сложность может развиваться через случайные мутации в дублированных генах", — отмечает Фернандес. — "Но это также означает, что случайный дрейф должен преобладать над дарвиновским отбором. Если бы отбор у людей был столь же эффективен, как у бактерий, наш уровень сложности был бы невозможен".

Источник: Университет Райса