Co to są regiony przyspieszone człowieka?

Ludzkie regiony przyspieszone (HAR) to zestaw segmentów ludzkiego genomu które, choć są wspólne z innymi kręgowcami, u naszego gatunku są obserwowane w zupełnie inny sposób.

Co nas różni od szympansa? Zachowania, ekspresje poznawcze oraz zdolność do generowania języków i cywilizacji to m.in odzwierciedlenie neurologicznego rozwoju człowieka na dwóch różnych poziomach: jednym genetycznym i drugim kulturalny. Tak więc, aby rozwikłać tajemnice tych cech, które tak bardzo różnią nas od innych gatunków zwierząt, konieczne jest sięgnięcie do naszej historii ewolucyjnej i mapowania genetycznego.

Ludzkie regiony przyspieszone lub HAR próbują odpowiedzieć na to imponujące pytanie, ponieważ zmienność loci (stałych pozycji chromosomu) między gatunkami podobieństwa, takie jak ludzie i szympansy, mogą być częściowo odpowiedzią na ewolucyjny silnik, który doprowadził nas do „dominującej” pozycji jako gatunku w Grunt.

• Powiązany artykuł: „Części ludzkiego mózgu (i funkcje)”

Regiony przyspieszone przez człowieka: klucz do zachowania

Badaniami zajmuje się genomika porównawcza podobieństwa i różnice między zestawem genów w chromosomach organizmów planety.

Ta dyscyplina naukowa próbuje odkryć, jakie cechy zostały ustalone przez dobór naturalny na przestrzeni całego świata czas, aby zrozumieć różne presje ewolucyjne, którym żywe istoty były poddawane przez całe życie. pokolenia.

Rozumieć te podstawowe mechanizmy, które popychają żywe istoty do zmiany w czasie, konieczne jest wyjaśnienie, że w świecie przyrody występuje zjawisko „oczyszczania genetycznego”.

Co się stanie, gdy odejdziemy od doboru naturalnego?

Należy zauważyć, że selekcja negatywna jest mechanizmem ewolucyjnym, dzięki któremu allele szkodliwe (każda z dwóch lub więcej wersji genu) dla gatunku są z czasem eliminowane, „oczyszczając” pulę genową populacji.

Na przykład zwierzę, które wykazuje mutację, która nie jest korzystna dla społeczności, w której żyje, będzie miało mniej potomstwa lub umrze szybciej (mechanizmy genetyki populacji), co wyeliminuje ten szkodliwy allel przez pokolenia. pokolenia. Jeśli ptak rodzi się bez oka z powodu mutacji, można by się spodziewać, że będzie się mniej rozmnażał lub będzie ścigany szybciej niż reszta, prawda?

Ale... co z ludźmi? że pozbyliśmy się tego mechanizmu selekcji negatywnej, ponieważ w świecie z zachodniego punktu widzenia wskaźnik przeżywalności jednostki nie jest pod wpływem mutacyjnych przeszkód, o ile pozwala na to medycyna (na przykład choroby autoimmunologiczne lub brakujące kończyny). przykład). To, wśród wielu innych czynników wynikających z czysto antropicznego społeczeństwa, może prowadzić do trzech mechanizmów:

• Nagromadzenie neutralnych mutacji w sekwencjach genów, które utraciły swoją podstawową funkcję.
• Stronnicza konwersja genów przez brak odpowiedzi na ewolucję adaptacyjną.
• Wymiana negatywnego wpływu selekcji na pozytywny mechanizm selekcji.

Poruszamy się w trudnym terenie, który obejmuje bardzo złożoną terminologię genetyczną, ale jeden pomysł musi być jasny: ludzkie regiony przyspieszone cierpią na stosunkowo szybkie tempo mutacji W porównaniu z resztą genomu oraz ze względu na brak presji selekcyjnej i odpowiedzi adaptacyjnych, strefy te są bardzo rozbieżne w porównaniu z innymi homininami.

• Możesz być zainteresowany: „Teoria ewolucji biologicznej”

Kodyfikujące i rozstrzygające, czy nie?

W tym punkcie, należy podkreślić, że 99% ludzkiego DNA jest niekodujące, to znaczy nie przedstawia informacji do produkcji białek, a zatem nie wpływa bezpośrednio na metabolizm osobnika.

Chociaż początkowo sądzono, że te segmenty DNA to „śmieci”, coraz częściej uznaje się, że odgrywają one zasadniczą rolę w regulacji aktywacji niezbędnych genów na różne sposoby, ponieważ wykazano, że pewne regiony mogą promować aktywację lub represję transkrypcji niektórych białka.

Jest to jeden z największych problemów ludzkich regionów przyspieszonych, ponieważ 92% z nich znajduje się w regionach niekodujących. Dlatego większość tych elementów genetycznych znajduje się w niescharakteryzowanych obszarach genomu i ich Konserwacja ewolucyjna nie musi przewidywać określonej funkcji różnicowej w żywych istotach. ludzie.

Nawet jeśli, nie oznacza to, że te wysoce zmutowane obszary nie reagują na cechy ludzkie. Wiele z nich jest obecnych w regionach „międzygenowych”, to znaczy w sekwencjach regulatorowych, które mogą modulować ekspresję lub supresję pewnych kodyfikowanych genów. Oczywiście, aby dojść do wiarygodnych wniosków, należy dokładniej zbadać te idee.

Praktyczny przykład

Aby zrozumieć cały ten mutagenny i ewolucyjny konglomerat, najlepiej odwołać się do przykładu. Mamy przed sobą region HAR1, sekwencję DNA złożoną ze 118 nukleotydów; potocznie nazywane zasadami, ze względu na zasadę azotową, którą zawiera każda z nich, adeninę, cytozynę, tyminę i guaninę. Przyjrzyjmy się kilku odkrywczym faktom na temat tego segmentu:

• Porównując region HAR1 między ludźmi a szympansami, widzimy, że istnieje 18 różnych zasad.
• Jeśli porównamy ten sam region między kurczakiem a szympansem, znajdziemy różnicę tylko o dwie podstawy.
• Linia szympansów oddzieliła się od ludzi 6 milionów lat temu, podczas gdy kurczaki oddzieliły się od ludzi 300 milionów lat temu.
• Ta sekwencja nie występuje u ryb i żab.

Te dane muszą coś znaczyć, prawda? W przeciwnym razie, jaki jest sens większej zmienności występującej między dwiema liniami, które zróżnicowały się stosunkowo niedawno? Fakt ten każe podejrzewać, że to szybkie tempo mutacji może być skorelowane z pewnymi cechami, które sprawiają, że określamy się jako „ludzie”.

Aby uczynić sprawę bardziej interesującą, wykazały to inne badania pięć najszybciej mutujących regionów przyspieszonych u człowieka ma 26 razy więcej substytucji (mutacji) niż ich odpowiedniki u szympansów.

Ale czy istnieją różnice między HAR w historii ewolucji człowieka? Według innych źródeł różnice w tych regionach między archaicznymi homininami (neandertalczykami) a współczesnymi ludźmi wynoszą około 8%, co jest przykładem że ta ewolucyjna rozbieżność, która nas charakteryzuje, musiała przyspieszyć około 500 000 lat temu i mogła mieć decydujące znaczenie dla scharakteryzowania rodzaju Homo. Oczywiście zmiany w ludzkim genomie w całej naszej historii ewolucyjnej mogą zawierać wiele odpowiedzi na nasze cechy charakterystyczne jako gatunku.

HAR i zaburzenia psychiczne

Jeszcze bardziej zaskakująca, jeśli to możliwe, jest świadomość, że badania to zaobserwowały niektóre zmutowane geny znajdują się w pobliżu tych przyspieszonych regionów u pacjentów z zaburzeniami psychicznymi jako schizofrenia, dlatego postuluje się, że mogą być pod ich wpływem.

Poza tym inne badania udokumentowały, że różne warianty genetyczne u pacjentów z autyzmem występują w regionach przyspieszonych. Mogłoby to przełożyć się na specyficzną modulację, jeśli chodzi o produkcję białek wchodzących w interakcje z mózgiem, co warunkuje „normalne” funkcjonowanie w zachowaniu jednostki.

wnioski

Jak widzieliśmy, obszary przyspieszone przez człowieka to segmenty DNA, które mogą odgrywać zasadniczą rolę w rozwoju istot ludzkich, czyli te bardzo szczególne cechy, które definiują nas jako gatunek.

Ponadto badania wykazały, że mogą one modulować ekspresję niektórych genów, co warunkowałoby m.in metabolizm jednostki, a co za tym idzie jej zachowanie, zwłaszcza w zaburzeniach takich jak schizofrenia lub autyzm.

Chociaż badania położyły pewne obiecujące podstawy, należy podkreślić, że w żadnym momencie nie przestaliśmy poruszać się w ramach teoretycznych i eksperymentalnych. Żadnego z tego, co tu jest powiedziane, nie można interpretować jako dogmatu lub absolutnej rzeczywistości, ponieważ tak jest wymaga długiego okresu badań, aby zrozumieć wyjątkowość tych segmentów genetyczny.

Odniesienia bibliograficzne:

• Allel, Narodowy Instytut Badań nad Genomem Człowieka. Zebrane w dniu 31 sierpnia br https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Alelo
• Kapra, J. A., Erwin, G. D., McKinsey G., Rubenstein J. L. & Pollard, K. S. (2013). Wiele przyspieszonych regionów człowieka to wzmacniacze rozwojowe. Transakcje filozoficzne Towarzystwa Królewskiego B: Nauki biologiczne, 368 (1632), 20130025.
• Doan, R. N., Bae, B. I. Cubelos B. Chang C. Hossain A. A., Al-Saad, S.,... & Gaskon, G. G. (2016). Mutacje w przyspieszonych regionach człowieka zakłócają funkcje poznawcze i zachowania społeczne. Cela, 167(2), 341-354.
• Hubisz, M. J. & Pollard, K. S. (2014). Badanie genezy i funkcji regionów przyspieszonych przez człowieka rzuca światło na ich rolę w ewolucji człowieka. Obecna opinia w genetyce i rozwoju, 29, 15-21.
• Katzman S., Kern A. D., Pollard, K. S., Salama, S. R. & Haussler, D. (2010). Ewolucja ukierunkowana na GC w pobliżu przyspieszonych regionów człowieka. PLoS Genet, 6(5), e1000960.
• Levchenko A., Kanapin A., Samsonova A. i Gainetdinov R. R. (2018). Ludzkie regiony przyspieszone i inne specyficzne dla człowieka odmiany sekwencji w kontekście ewolucji i ich znaczenie dla rozwoju mózgu. Biologia i ewolucja genomu, 10(1), 166-188.
• Co to jest niekodujące DNA. Strona główna genetyki. Zebrane w dniu 31 sierpnia br https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/noncodingdna