Hvad er menneskelige accelererede områder?

Human Accelerated Regions (HAR'er) er et sæt af segmenter af det menneskelige genom som, på trods af at de er delt med andre hvirveldyr, observeres på en bemærkelsesværdig anderledes måde i vores art.

Hvad gør os anderledes end en chimpanse? Adfærd, kognitive udtryk og evnen til at generere sprog og civilisationer er en afspejling af menneskets neurologiske udvikling på to forskellige niveauer: det ene genetiske og det andet kulturel. For at afsløre hemmelighederne bag disse egenskaber, der gør os så forskellige fra andre dyrearter, er det derfor nødvendigt at gå til vores evolutionære historie og genetiske kortlægning.

Menneskelige accelererede regioner eller HAR'er forsøger at besvare dette imponerende spørgsmål, da variationen i loci (faste positioner af et kromosom) mellem arter ligheder, såsom mennesker og chimpanser, kunne delvist være svaret på den evolutionære motor, der har ført os til en "dominerende" position som art i Jord.

• Relateret artikel: "Dele af den menneskelige hjerne (og funktioner)"

Human Accelerated Regions: Nøglen til adfærd

Komparativ genomik beskæftiger sig med undersøgelsen lighederne og forskellene mellem sættet af gener i kromosomerne på planetens organismer.

Denne videnskabelige disciplin forsøger at opdage, hvilke egenskaber der er blevet fastsat af naturlig udvælgelse gennem hele tid, for at forstå de forskellige evolutionære pres, som levende væsener har været udsat for gennem deres liv. generationer.

At forstå disse underliggende mekanismer, der presser levende ting til at variere over tid, er det nødvendigt at præcisere, at der er et fænomen med "genetisk oprensning" i den naturlige verden.

Hvad sker der, når vi afviger fra naturlig udvælgelse?

Det er nødvendigt at bemærke, at negativ selektion er en evolutionær mekanisme, hvorved alleler skadelige (hver af to eller flere versioner af et gen) for en art elimineres over tid, og "renser" genpuljen af ​​populationen.

For eksempel vil et dyr, der præsenterer en mutation, som ikke er gavnligt for det samfund, det lever i, have færre efterkommere eller vil dø hurtigere (populationsgenetiske mekanismer), hvilket vil eliminere den skadelige allel gennem generationerne. generationer. Hvis en fugl fødes uden øje på grund af en mutation, ville man forvente, at den reproducerer sig mindre eller bliver jaget hurtigere end resten, ikke?

Men... hvad med mennesker? at vi er sluppet af med denne mekanisme af negativ selektion, fordi i en verden fra et vestligt synspunkt er individets overlevelsesrate er ikke påvirket af dets mutationshæmninger, så længe medicinen tillader det (f.eks. autoimmune sygdomme eller manglende lemmer). eksempel). Dette, blandt mange andre faktorer, der er et resultat af et rent antropisk samfund, kan føre til tre mekanismer:

• Akkumulering af neutrale mutationer i gensekvenser, der har mistet deres væsentlige funktion.
• Forspændt genkonvertering ved ikke at reagere på adaptiv evolution.
• Udveksling af en negativ selektionspåvirkning med en positiv selektionsmekanisme.

Vi bevæger os i vanskeligt terræn, der inkluderer meget kompleks genetisk terminologi, men en idé skal være klar: humane accelererede regioner lider af relativt høje mutationsrater Sammenlignet med resten af ​​genomet og på grund af mangel på selektivt tryk og adaptive responser er disse zoner meget divergerende sammenlignet med andre homininer.

• Du kan være interesseret i: "Teorien om biologisk evolution"

Kodificerende og afgørende, eller ej?

I dette punkt, det er vigtigt at understrege, at 99 % af menneskets DNA er ikke-kodende, det vil sige, at det ikke præsenterer information til produktionen af ​​proteiner, og det virker derfor ikke direkte på individets stofskifte.

Selvom man først troede, at disse DNA-segmenter var "skrammel", erkendes det i stigende grad, at de spiller en væsentlig rolle i reguleringen af aktivering af essentielle gener på forskellige måder, da det har vist sig, at visse regioner kan fremme aktiveringen eller undertrykkelsen af ​​transkriptionen af ​​visse proteiner.

Dette er et af de store problemer i menneskelige accelererede regioner, da 92% af dem er i ikke-kodende regioner. Derfor er de fleste af disse genetiske elementer i ukarakteriserede områder af genomet og deres Evolutionær bevaring behøver ikke forudsige en specifik differentiel funktion i levende væsener. mennesker.

Ikke desto mindre, dette betyder ikke, at disse stærkt muterede områder ikke reagerer på menneskelige egenskaber. Mange af dem er til stede i "intergene" regioner, det vil sige regulatoriske sekvenser, der kunne modulere ekspressionen eller undertrykkelsen af ​​visse gener, som er kodificeret. Selvfølgelig skal disse ideer studeres mere i dybden for at nå pålidelige konklusioner.

Et praktisk eksempel

For at forstå alt dette mutagene og evolutionære konglomerat er det bedst, at vi vender os til et eksempel. Vi har foran os HAR1-regionen, en DNA-sekvens bestående af 118 nukleotider; almindeligvis kaldet baser, på grund af den nitrogenholdige base, som hver af dem indeholder, adenin, cytosin, thymin og guanin. Lad os se på nogle afslørende fakta om dette segment:

• Når vi sammenligner HAR1-regionen mellem mennesker og chimpanser, ser vi, at der er 18 forskellige baser.
• Hvis den samme region sammenlignes mellem en kylling og en chimpanse, finder vi kun en forskel på to baser.
• Chimpanseslægten afveg fra mennesker for 6 millioner år siden, mens kyllinger afveg fra mennesker for 300 millioner år siden.
• Denne sekvens er ikke til stede i fisk og frøer.

Disse data må betyde noget, ikke? Ellers, hvad er meningen med, at der opstår mere variation mellem to slægter, der har differentieret sig relativt for nylig? Dette faktum får os til at mistænke, at denne hurtige mutationshastighed kan være korreleret med nogle karakteristika, der får os til at definere os selv som "mennesker".

For at gøre tingene mere interessante har andre undersøgelser vist det de fem hurtigst muterende menneskelige accelererede regioner har 26 gange flere substitutioner (mutationer) end deres chimpansemodstykker.

Men er der forskelle mellem HAR'er i menneskets evolutionære historie? Ifølge andre kilder er forskellene i disse regioner mellem arkaiske homininer (neandertalere) og moderne mennesker omkring 8%, hvilket eksemplificerer at denne evolutionære divergens, der kendetegner os, må være accelereret for omkring 500.000 år siden, og kunne have været afgørende for karakteriseringen af ​​slægten Homo. Naturligvis kan variationerne i det menneskelige genom gennem vores evolutionære historie indeholde meget af svaret på vores karakteristika som art.

HAR og psykiske lidelser

Endnu mere overraskende er det, hvis det er muligt, at vide, at undersøgelser har observeret det visse muterede gener findes i nærheden af ​​disse accelererede regioner hos patienter med psykiske lidelser som skizofreni, og derfor postuleres det, at de kunne blive påvirket af dem.

Ud over dette har anden forskning dokumenteret, at forskellige genetiske variationer hos autismepatienter findes i accelererede regioner. Dette kunne udmønte sig i en specifik modulering, når det kommer til produktionen af ​​proteiner, der interagerer med hjernen, hvilket ville betinge en "normal" funktion i individets adfærd.

konklusioner

Som vi har set, accelererede menneskets regioner er DNA-segmenter, der kan spille en væsentlig rolle i udviklingen af ​​mennesker, altså de helt særlige egenskaber, der definerer os som art.

Derudover har undersøgelser afsløret, at de kunne modulere ekspressionen af ​​visse gener, hvilket ville betinge individets stofskifte og derfor dennes adfærd, især ved lidelser som skizofreni eller autisme.

Så meget som forskningen har lagt nogle lovende grundlag, er det vigtigt at understrege, at vi på intet tidspunkt er holdt op med at bevæge os i teoretiske og eksperimentelle rammer. Intet af det, der står her, må tolkes som et dogme eller en absolut virkelighed, da det stadig er det kræver en omfattende periode med forskning for at forstå det unikke ved disse segmenter genetiske.

Bibliografiske referencer:

• Allele, National Genome Human Research Institute. Afhentet den 31. august i https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Alelo
• Capra, J. A., Erwin, G. D., McKinsey, G., Rubenstein, J. L., & Pollard, K. S. (2013). Mange menneskelige accelererede regioner er udviklingsforstærkere. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 368(1632), 20130025.
• Doan, R. N., Bae, B. I., Cubelos, B., Chang, C., Hossain, A. A., Al-Saad, S.,... & Gascon, G. g. (2016). Mutationer i menneskelige accelererede regioner forstyrrer kognition og social adfærd. Cell, 167(2), 341-354.
• Hubisz, M. J., & Pollard, K. S. (2014). Udforskning af tilblivelsen og funktionerne af Human Accelerated Regions kaster lys over deres rolle i menneskets evolution. Aktuel mening i genetik og udvikling, 29, 15-21.
• Katzman, S., Kern, A. D., Pollard, K. S., Salama, S. R., & Haussler, D. (2010). GC-biased evolution nær menneskelige accelererede regioner. PLoS Genet, 6(5), e1000960.
• Levchenko, A., Kanapin, A., Samsonova, A., & Gainetdinov, R. R. (2018). Humane accelererede regioner og andre menneskespecifikke sekvensvariationer i sammenhæng med evolution og deres relevans for hjernens udvikling. Genom biologi og evolution, 10(1), 166-188.
• Hvad er ikke-kodende DNA. Genetik Hjem Reference. Afhentet den 31. august i https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/noncodingdna