Mis on inimese kiirendatud piirkonnad?

Human Accelerated Regions (HAR) on inimese genoomi segmentide kogum mida vaatamata teistele selgroogsetele jagamisele täheldatakse meie liikidel märkimisväärselt erineval viisil.

Mille poolest erineme šimpansist? Käitumine, kognitiivsed väljendused ja võime luua keeli ja tsivilisatsioone on a inimese neuroloogilise arengu peegeldus kahel erineval tasandil: ühel geneetilisel ja teisel kultuuriline. Seega, et selgitada välja nende omaduste saladused, mis meid teistest loomaliikidest nii eristavad, on vaja minna meie evolutsiooniajaloo ja geneetilise kaardistamise juurde.

Inimese kiirendatud piirkonnad ehk HAR-id püüavad sellele muljetavaldavale küsimusele vastata, kuna lookuste (kromosoomi fikseeritud positsioonide) varieeruvus liikide vahel sarnasused, nagu inimesed ja šimpansid, võivad osaliselt olla vastuseks evolutsioonimootorile, mis on viinud meid liigina "domineerivale" positsioonile. Maa.

• Seotud artikkel: "Inimese aju osad (ja funktsioonid)"

Inimese kiirendatud piirkonnad: käitumise võti

Uuringuga tegeleb võrdlev genoomika planeedi organismide kromosoomide geenide komplekti sarnasused ja erinevused.

See teadusdistsipliin püüab avastada, millised omadused on loodusliku valiku käigus fikseeritud aega, et mõista erinevaid evolutsioonilisi surveid, millele elusolendid on kogu oma elu jooksul allutanud. põlvkonnad.

Aru saama need alusmehhanismid, mis sunnivad elusolendeid aja jooksul muutuma, on vaja selgitada, et loodusmaailmas esineb "geneetilise puhastamise" nähtus.

Mis juhtub, kui kaldume kõrvale looduslikust valikust?

Tuleb märkida, et negatiivne valik on evolutsiooniline mehhanism, mille abil alleelid liigile kahjulikud (igaüks kahest või enamast geeniversioonist) elimineeritakse aja jooksul, "puhastades" populatsiooni genofondi.

Näiteks loomal, kellel esineb mutatsioon, mis ei ole kasulik kogukonnale, kus ta elab, on vähem järglasi või sureb kiiremini (populatsioonigeneetika mehhanismid), mis kõrvaldab selle kahjuliku alleeli läbi põlvkondade. põlvkonnad. Kui lind sünnib mutatsiooni tõttu ilma silmata, siis eeldaksite, et ta paljuneb vähem või kütitakse kiiremini kui ülejäänud, eks?

Aga... aga inimestega? et oleme sellest negatiivse valiku mehhanismist lahti saanud, sest lääne vaatevinklist on indiviidi ellujäämismäär maailmas. ei mõjuta selle mutatsioonitakistused seni, kuni meditsiin seda võimaldab (näiteks autoimmuunhaigused või jäsemete puudumine). näide). See, lisaks paljudele muudele puhtalt antroopsest ühiskonnast tulenevatele teguritele, võib viia kolme mehhanismini:

• Neutraalsete mutatsioonide kuhjumine oma olulise funktsiooni kaotanud geenijärjestustesse.
• Kallutatud geenikonversioon, kuna ei reageeri adaptiivsele evolutsioonile.
• Negatiivse valiku mõju vahetamine positiivse valikumehhanismi vastu.

Liigume keerulisel maastikul, mis sisaldab väga keerulist geneetilist terminoloogiat, kuid üks idee peab olema selge: inimese kiirendatud piirkonnad kannatavad suhteliselt kiire mutatsioonimäära all Võrreldes ülejäänud genoomiga ning selektiivse rõhu ja adaptiivsete reaktsioonide puudumise tõttu on need tsoonid teiste hominiinidega võrreldes väga erinevad.

• Teid võivad huvitada: "Bioloogilise evolutsiooni teooria"

Kodifitseeriv ja lõplik või mitte?

Selles punktis Oluline on rõhutada, et 99% inimese DNA-st on mittekodeerivsee tähendab, et see ei anna teavet valkude tootmiseks ega mõjuta seetõttu otseselt inimese ainevahetust.

Kuigi alguses arvati, et need DNA segmendid on "rämps", mõistetakse üha enam, et neil on oluline roll oluliste geenide aktiveerimine mitmel viisil, kuna on näidatud, et teatud piirkonnad võivad soodustada teatud geenide transkriptsiooni aktiveerimist või mahasurumist. valgud.

See on inimese kiirendatud piirkondade üks suuremaid probleeme, kuna 92% neist asub mittekodeerivates piirkondades. Seetõttu on enamik neist geneetilistest elementidest genoomi ja nende iseloomustamata piirkondades Evolutsiooniline säilitamine ei pea ennustama elusolendite spetsiifilist erinevat funktsiooni. inimesed.

Isegi nii, see ei tähenda, et need tugevalt muteerunud alad ei reageeriks inimese omadustele. Paljud neist esinevad "intergeensetes" piirkondades, st reguleerivates järjestustes, mis võivad moduleerida teatud kodeeritud geenide ekspressiooni või supressiooni. Usaldusväärsete järelduste tegemiseks tuleb neid ideid mõistagi põhjalikumalt uurida.

Praktiline näide

Kogu selle mutageense ja evolutsioonilise konglomeraadi mõistmiseks on kõige parem pöörduda näite poole. Meie ees on piirkond HAR1, DNA järjestus, mis koosneb 118 nukleotiidist; Neid nimetatakse tavaliselt alusteks, kuna igaüks neist sisaldab adeniini, tsütosiini, tümiini ja guaniini. Vaatame mõningaid paljastavaid fakte selle segmendi kohta:

• Kui võrrelda HAR1 piirkonda inimeste ja šimpanside vahel, näeme, et seal on 18 erinevat alust.
• Kui võrrelda sama piirkonda kana ja šimpansi vahel, leiame vaid kahe aluse erinevuse.
• Šimpansi suguvõsa eraldus inimestest 6 miljonit aastat tagasi, kanad aga 300 miljonit aastat tagasi.
• Seda järjestust kaladel ja konnadel ei esine.

Need andmed peavad midagi tähendama, eks? Muidu, mis mõtet on kahe suhteliselt hiljuti eristunud suguvõsa vahel suuremal variatsioonil? See asjaolu paneb meid kahtlustama, et see kiire mutatsioonikiirus võib olla korrelatsioonis teatud omadustega, mis panevad meid määratlema end kui "inimesi".

Asja huvitavamaks muutmiseks on seda näidanud teised uuringud inimese viies kõige kiiremini muteerivas kiirendatud piirkonnas on 26 korda rohkem asendusi (mutatsioone) kui nende šimpansi kolleegidel.

Kuid kas inimkonna evolutsiooniajaloos on HAR-ide vahel erinevusi? Teiste allikate kohaselt on nendes piirkondades arhailiste hominiinide (neandertallaste) ja kaasaegsete inimeste erinevused umbes 8%, mis on näide et see meid iseloomustav evolutsiooniline lahknevus pidi kiirenema umbes 500 000 aastat tagasi ja võis olla määrav perekonna iseloomustamisel Homo. Muidugi võivad inimgenoomi variatsioonid meie evolutsiooniajaloo jooksul sisaldada suurt osa vastusest meie kui liigi omadustele.

HAR-id ja vaimsed häired

Veelgi üllatavam on võimaluse korral teadmine, et uuringud on seda täheldanud psüühikahäiretega patsientidel leidub nende kiirendatud piirkondade läheduses teatud muteerunud geene kui skisofreenia, ja seetõttu eeldatakse, et need võivad neid mõjutada.

Lisaks sellele on teised uuringud dokumenteerinud, et kiirendatud piirkondades leidub autismiga patsientide erinevaid geneetilisi variatsioone. See võib muutuda spetsiifiliseks modulatsiooniks, kui tegemist on ajuga interakteeruvate valkude tootmisega, mis tingiks indiviidi käitumise "normaalse" toimimise.

järeldused

Nagu nägime, kiirendas inimene piirkondi Need on DNA segmendid, mis võivad mängida olulist rolli inimeste arengusst neid väga erilisi omadusi, mis meid liigina määratlevad.

Lisaks on uuringud näidanud, et need võivad moduleerida teatud geenide ekspressiooni, mis mõjutaks indiviidi ainevahetust ja seega ka tema käitumist, eriti selliste häirete puhul nagu skisofreenia või autism.

Kuigi uuringud on loonud paljulubava aluse, on oluline rõhutada, et me pole kunagi peatunud teoreetilistes ja eksperimentaalsetes raamides. Midagi siin öeldut ei tohi tõlgendada dogma või absoluutse reaalsusena, sest see on paigal nõuab ulatuslikku uurimisperioodi, et mõista nende segmentide unikaalsust geneetiline.

Bibliograafilised viited:

• Allele, riiklik genoomi inimuuringute instituut. Kogutud 31. augustil aastal https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Alelo
• Capra, J. A., Erwin, G. D., McKinsey, G., Rubenstein, J. L. ja Pollard, K. S. (2013). Paljud inimese kiirendatud piirkonnad on arengu soodustajad. Royal Society filosoofilised tehingud 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). Mutatsioonid inimese kiirendatud piirkondades häirivad tunnetust ja sotsiaalset käitumist. Cell, 167(2), 341-354.
• Hubisz, M. J. ja Pollard, K. S. (2014). Inimese kiirendatud piirkondade tekke ja funktsioonide uurimine heidab valgust nende rollile inimese evolutsioonis. Praegune arvamus geneetikas ja arengus, 29, 15-21.
• Katzman, S., Kern, A. D., Pollard, K. S., Salama, S. R. ja Haussler, D. (2010). GC-kallutatud evolutsioon inimese kiirendatud piirkondade lähedal. PLoS Genet, 6(5), e1000960.
• Levchenko, A., Kanapin, A., Samsonova, A., & Gainetdinov, R. R. (2018). Inimese kiirendatud piirkonnad ja muud inimspetsiifilised järjestuse variatsioonid evolutsiooni kontekstis ja nende tähtsus aju arengule. Genoomi bioloogia ja evolutsioon, 10(1), 166-188.
• Mis on mittekodeeriv DNA. Geneetika koduviide. Kogutud 31. augustil aastal https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/noncodingdna