Команда исследователей из университета Дьюка определила группу последовательностей ДНК человека, вызывающих изменения в развитии мозга, пищеварении и иммунитете, которые, по-видимому, быстро эволюционировали после того, как наша семейная линия отделилась от линии шимпанзе, но до того, как мы разделились с неандертальцами.

Наш мозг больше, а кишки короче, чем у наших сверстников-обезьян.

"Многие черты, которые мы считаем исключительно человеческими и специфичными для человека, вероятно, проявляются в течение этого периода времени", - сказал Крейг Лоу, доктор философии, доцент молекулярной генетики и микробиологии, за 7,5 миллионов лет, прошедших с момента разделения с общим предком, которого мы разделяем с шимпанзе. в медицинской школе Дьюка.

В частности, рассматриваемые последовательности ДНК, которые исследователи окрестили областями быстрого развития предков человека (HAQERS), произносимыми как хакеры, регулируют гены. Они являются переключателями, которые сообщают близлежащим генам, когда включать и выключать. Результаты исследования опубликованы 23 ноября в журнале Cell.

По словам Лоу, быстрая эволюция этих областей генома, по-видимому, послужила точной настройкой регуляторного контроля. По мере развития последовательностей в регуляторные области в операционную систему человека добавлялось все больше переключателей, и они были более точно настроены для адаптации к сигналам окружающей среды или развития. По большому счету, эти изменения были выгодны нашему виду.

"Они кажутся особенно специфичными в том, что заставляют включаться гены, мы думаем, только в определенных типах клеток в определенные моменты развития, или даже гены, которые включаются, когда окружающая среда каким-то образом меняется", - сказал Лоу.

Большая часть этих геномных инноваций была обнаружена в развитии мозга и желудочно-кишечного тракта. "Мы видим множество регулирующих элементов, которые включаются в этих тканях", - сказал Лоу. "Это ткани, в которых люди уточняют, какие гены экспрессируются и на каком уровне".

Сегодня наш мозг больше, чем у других обезьян, а кишечник короче. "Люди выдвинули гипотезу, что эти две ткани даже связаны, потому что это две действительно дорогие метаболические ткани, которые нужно иметь рядом", - сказал Лоу. "Я думаю, что мы видим, что на самом деле не было ни одной мутации, которая дала вам большой мозг, и ни одной мутации, которая действительно поразила кишечник, вероятно, это были многие из этих небольших изменений с течением времени".

Для получения новых результатов лаборатория Лоу сотрудничала с коллегами из Duke Тимом Редди, адъюнкт-профессором биостатистики и биоинформатики, и Деброй Сильвер, адъюнкт-профессором молекулярной генетики и микробиологии, чтобы использовать их опыт. Лаборатория Редди способна наблюдать за миллионами генетических переключателей одновременно, а Сильвер наблюдает за переключателями в действии в развивающемся мозге мыши.

"Наш вклад заключался в том, что если бы мы смогли объединить обе эти технологии, то смогли бы рассмотреть сотни переключателей в такого рода сложных развивающихся тканях, которые на самом деле невозможно получить из клеточной линии", - сказал Лоу.

"Мы хотели идентифицировать переключатели, которые были совершенно новыми у людей", - сказал Лоу. С помощью вычислений они смогли определить, какой была бы ДНК предка человека-шимпанзе, а также вымерших линий неандертальцев и денисовцев. Исследователи смогли сравнить последовательности генома этих других родственников постшимпанзе благодаря базам данных, созданным на основе новаторской работы лауреата Нобелевской премии 2022 года Сванте Пяабо.

"Итак, мы знаем последовательность неандертальцев, но давайте проверим эту последовательность неандертальцев и посмотрим, действительно ли она может включать гены или нет", что они делали десятки раз.

"И мы показали, что, вау, это действительно переключатель, который включает и выключает гены", - сказал Лоу. "Было действительно забавно видеть, что новая регуляция генов происходит от совершенно новых переключателей, а не просто от перепрограммирования переключателей, которые уже существовали".

Наряду с положительными чертами, которыми хакеры наделили людей, они также могут быть причастны к некоторым заболеваниям.

У большинства из нас удивительно похожие последовательности ХАКЕРА, но есть некоторые различия, "и мы смогли показать, что эти варианты имеют тенденцию коррелировать с определенными заболеваниями", - сказал Лоу, а именно гипертонией, нейробластомой, униполярной депрессией, биполярной депрессией и шизофренией. Механизмы действия пока неизвестны, и в этих областях необходимо провести дополнительные исследования, сказал Лоу.

"Возможно, специфические для человека заболевания или специфическая для человека восприимчивость к этим заболеваниям будут предпочтительно сопоставлены с этими новыми генетическими переключателями, которые существуют только у людей", - сказал Лоу.