Генетические переключатели сыграли большую роль в эволюции человека
Исследование Корнеллского университета подтверждает, что расхождение линий человека и шимпанзе 4–6 млн лет назад сильно зависело от мутаций в последовательностях ДНК, которые управляют включением и выключением генов.
Исследование, опубликованное 9 июня в Nature Genetics, подтверждает 40-летнюю гипотезу о ключевой роли регуляции генов в эволюции, поскольку белки, производимые генами человека и шимпанзе, идентичны более чем на 99%.
Учёные показали, что количество эволюционных адаптаций в участках связывания транскрипционных факторов (части аппарата регуляции генов) может быть примерно равно адаптациям в самих генах.
- Старший автор Адам Сипел: «Это наиболее полный и прямой на сегодня анализ эволюции регуляторных последовательностей генов у человека».
- Ведущий автор Леонардо Арбиса: «Потребовалось 40 лет, чтобы получить ясную картину происходящего в этих последовательностях, потому что данные появились лишь недавно».
Менее 2% генома человека содержит гены, кодирующие белки. Остальные 98% включают регуляторную ДНК. В 1960-х учёные выяснили, что некоторые некодирующие участки регулируют, когда и где гены включаются/выключаются и сколько белка производят. Это происходит, когда белки-транскрипционные факторы связываются с короткими специфическими последовательностями ДНК (сайтами связывания) рядом с геном.
Ключевые выводы:
- По сравнению с кодирующими белки генами, ДНК сайтов связывания содержит почти в три раза больше «слабо вредных мутаций». Эти мутации, ослабляющие организм или повышающие уязвимость к болезням, существуют в популяции с низкой частотой и со временем отсеиваются. Они ответственны за многие наследственные заболевания человека.
- В то время как гены обычно сопротивляются изменениям, сайты связывания транскрипционных факторов «показывают значительное количество положительного отбора». Обнаружены свидетельства адаптации в сайтах, регулирующих гены, связанные с клетками крови, функцией мозга, иммунитетом и другими процессами.
- Адам Сипел: «Общая картина показывает большую эволюционную гибкость сайтов связывания по сравнению с генами, кодирующими белки. Это имеет важные последствия для нашего понимания эволюции человека и болезней».
Это одно из первых исследований, объединивших данные по идентификации сайтов связывания транскрипционных факторов, данные о генетических вариациях человека и сравнение геномов человека и человекообразных обезьян. Новый вычислительный метод INSIGHT, разработанный соавтором Иланом Гронау, позволил проанализировать эти разнородные данные и найти свидетельства естественного отбора в регуляторной ДНК.
Леонардо Арбиса: «Сайты связывания транскрипционных факторов, вероятно, — наиболее изученные регуляторные элементы. Если вы хотите понять эволюцию регуляции экспрессии генов, это хорошая отправная точка».
Метод INSIGHT теперь можно использовать для анализа других коротких регуляторных последовательностей ДНК, например, микроРНК.