Эволюция мозга: как одна аминокислота отличает нас от неандертальцев
Успех нашего вида мог зависеть от крошечных изменений в биохимии мозга, произошедших после того, как мы отделились от линии, ведущей к неандертальцам и денисовцам, около полумиллиона лет назад.
Два таких изменения затрагивают стабильность и генетическую экспрессию фермента аденозинсукцинат-лиазы (ADSL). Этот фермент участвует в биосинтезе пуринов — фундаментальных строительных блоков ДНК, РНК и других важных биомолекул.
В исследовании, опубликованном в PNAS, ученые из Окинавского института науки и технологий (OIST) и Института эволюционной антропологии Макса Планка обнаружили, что эти изменения могут играть важную роль в нашем поведении.
Фермент ADSL состоит из цепочки из 484 аминокислот. Современный и предковый варианты этого фермента отличаются всего одной аминокислотой: в позиции 429 аланин в древней форме был заменен на валин в современной.
- In vitro эта замена снижает стабильность белка.
- В моделях на мышах это приводит к более высоким концентрациям субстратов, которые катализирует ADSL, в нескольких органах, особенно в мозге.
Поскольку известно, что генетический дефицит ADSL вызывает у людей психомоторную задержку и когнитивные нарушения, исследователи изучили возможные поведенческие эффекты этой замены.
В эксперименте, где вода становилась доступной мышам после визуального или звукового сигнала, выяснилось, что самки мышей с заменой последовательно получали воду чаще, чем их сородичи, когда испытывали жажду. Это говорит о том, что сниженная активность фермента позволила им лучше конкурировать за ограниченный ресурс.
Эта аминокислотная замена отсутствует у неандертальцев и денисовцев, но присутствует практически у всех современных людей. Это означает, что изменение появилось у современных людей после их отделения от линии неандертальцев, но до исхода из Африки.
Команда также обнаружила набор генетических вариантов в некодирующей области гена ADSL, которые присутствуют как минимум у 97% современных людей. Статистические тесты с участием генетических последовательностей неандертальцев, денисовцев и современных африканцев, европейцев и жителей Восточной Азии предоставили убедительные доказательства положительного отбора этих вариантов среди современных людей.
Интересно, что эти некодирующие изменения не компенсируют сниженную активность ADSL, а, наоборот, снижают экспрессию РНК ADSL, еще больше уменьшая его активность — опять же, особенно в мозге.
«Этот фермент прошел через два отдельных раунда отбора, которые снизили его активность — сначала через изменение стабильности белка, а затем за счет снижения его экспрессии. Очевидно, существует эволюционное давление, чтобы снизить активность фермента достаточно для получения эффектов, которые мы увидели у мышей, сохранив при этом активность, достаточную для избежания расстройства, вызванного дефицитом ADSL», — объясняет соавтор доктор Син-Ю Ли.
Исследователи подчеркивают, что поведение — сложный феномен, и необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять роль ADSL. Следующим шагом будет изучение эффектов комбинаций различных эволюционных изменений, произошедших у предков современного человека.