Čo sú to ľudské zrýchlené regióny?

Human Accelerated Regions (HAR) sú súborom segmentov ľudského genómu ktoré sa napriek tomu, že sú zdieľané s inými stavovcami, pozorujú u nášho druhu pozoruhodne odlišným spôsobom.

Čím sa líšime od šimpanza? Správanie, kognitívne prejavy a schopnosť vytvárať jazyky a civilizácie sú a odraz neurologického vývoja človeka na dvoch rôznych úrovniach: jednej genetickej a druhej kultúrne. Aby sme teda odhalili tajomstvá týchto charakteristík, ktoré nás tak odlišujú od iných živočíšnych druhov, je potrebné prejsť do našej evolučnej histórie a genetického mapovania.

Ľudské zrýchlené oblasti alebo HAR sa pokúšajú odpovedať na túto pôsobivú otázku, pretože variácie v lokusoch (pevné polohy chromozómu) medzi druhmi podobnosti, ako sú ľudia a šimpanzy, by mohli byť čiastočne odpoveďou na evolučný motor, ktorý nás priviedol k „dominantnej“ pozícii druhu v Pôda.

• Súvisiaci článok: "Časti ľudského mozgu (a funkcie)"

Human Accelerated Regions: Key to Behaviour

Štúdiou sa zaoberá komparatívna genomika podobnosti a rozdiely medzi súborom génov v chromozómoch organizmov planéty.

Táto vedná disciplína sa snaží odhaliť, aké vlastnosti boli fixované prirodzeným výberom v priebehu celého obdobia času, aby sme pochopili rôzne evolučné tlaky, ktorým boli živé bytosti počas svojho života vystavené. generácie.

Rozumieť tieto základné mechanizmy, ktoré nútia živé veci meniť sa v priebehu času, je potrebné objasniť, že v prírodnom svete existuje fenomén „genetického čistenia“.

Čo sa stane, keď sa odkloníme od prirodzeného výberu?

Je potrebné poznamenať, že negatívny výber je evolučný mechanizmus, ktorým alely škodlivé (každá z dvoch alebo viacerých verzií génu) pre daný druh sa časom eliminujú, čím sa "prečistí" genofond populácie.

Napríklad zviera, ktoré predstavuje mutáciu, ktorá nie je prospešná pre komunitu, v ktorej žije, bude mať menej potomkov resp. zomrie rýchlejšie (mechanizmy populačnej genetiky), čo eliminuje túto škodlivú alelu počas generácií. generácie. Ak sa vták narodí bez oka v dôsledku mutácie, očakávali by ste, že sa bude reprodukovať menej alebo bude lovený rýchlejšie ako ostatné, však?

Ale... čo ľudia? že sme sa zbavili tohto mechanizmu negatívneho výberu, pretože vo svete zo západného pohľadu miera prežitia jednotlivca nie je ovplyvnená svojimi mutačnými prekážkami, pokiaľ to medicína umožňuje (napríklad autoimunitné ochorenia alebo chýbajúce končatiny). príklad). Toto, okrem mnohých iných faktorov vyplývajúcich z čisto antropickej spoločnosti, môže viesť k trom mechanizmom:

• Akumulácia neutrálnych mutácií v génových sekvenciách, ktoré stratili svoju základnú funkciu.
• Skreslená génová konverzia tým, že nereaguje na adaptívnu evolúciu.
• Výmena negatívneho selekčného vplyvu za pozitívny selekčný mechanizmus.

Pohybujeme sa v komplikovanom teréne, ktorý zahŕňa veľmi zložitú genetickú terminológiu, ale jedna myšlienka musí byť jasná: ľudské zrýchlené oblasti trpia relatívne vysokou rýchlosťou mutácií V porovnaní so zvyškom genómu a kvôli nedostatku selektívneho tlaku a adaptívnych reakcií sú tieto zóny v porovnaní s inými hominínmi veľmi divergentné.

• Mohlo by vás zaujímať: "Teória biologickej evolúcie"

Kodifikačné a presvedčivé, alebo nie?

V tomto bode je nevyhnutné zdôrazniť, že 99 % ľudskej DNA je nekódujúcich, to znamená, že nepredkladá informácie pre tvorbu bielkovín, a teda nepôsobí priamo na metabolizmus jedinca.

Aj keď sa spočiatku predpokladalo, že tieto segmenty DNA sú „nevyžiadané“, čoraz viac sa uznáva, že zohrávajú zásadnú úlohu pri regulácii aktivácia esenciálnych génov rôznymi spôsobmi, pretože sa ukázalo, že určité oblasti môžu podporovať aktiváciu alebo represiu transkripcie určitých bielkoviny.

Toto je jeden z veľkých problémov ľudských zrýchlených regiónov, keďže 92 % z nich sa nachádza v nekódujúcich regiónoch. Preto je väčšina týchto genetických prvkov v necharakterizovaných oblastiach genómu a ich Evolučná ochrana nemusí predpovedať špecifickú rozdielnu funkciu v živých bytostiach. ľudí.

Aj tak, to neznamená, že tieto vysoko zmutované oblasti nereagujú na ľudské vlastnosti. Mnohé z nich sú prítomné v "intergénnych" oblastiach, to znamená v regulačných sekvenciách, ktoré by mohli modulovať expresiu alebo supresiu určitých génov, ktoré sú kodifikované. Samozrejme, tieto myšlienky musia byť študované hlbšie, aby sa dospelo k spoľahlivým záverom.

Praktický príklad

Aby sme pochopili celý tento mutagénny a evolučný konglomerát, je najlepšie obrátiť sa na príklad. Máme pred sebou oblasť HAR1, sekvenciu DNA zloženú zo 118 nukleotidov; bežne nazývané zásady, vzhľadom na dusíkatú zásadu, ktorú každá z nich obsahuje, adenín, cytozín, tymín a guanín. Pozrime sa na niekoľko odhaľujúcich faktov o tomto segmente:

• Keď porovnáme oblasť HAR1 medzi ľuďmi a šimpanzmi, vidíme, že existuje 18 rôznych báz.
• Ak porovnáme rovnaký región medzi kuracím a šimpanzom, nájdeme rozdiel iba dvoch základov.
• Línia šimpanzov sa od ľudí odchýlila pred 6 miliónmi rokov, zatiaľ čo kurčatá sa od ľudí oddelili pred 300 miliónmi rokov.
• Táto sekvencia nie je prítomná v rybách a žabách.

Tieto údaje musia niečo znamenať, však? V opačnom prípade, aký je zmysel väčších variácií medzi dvoma líniami, ktoré sa odlíšili relatívne nedávno? Táto skutočnosť v nás vyvoláva podozrenie, že táto rýchla rýchlosť mutácie môže súvisieť s niektorými charakteristikami, ktoré nás nútia definovať sa ako „ľudia“.

Aby to bolo ešte zaujímavejšie, ukázali to aj iné štúdie päť najrýchlejšie mutujúcich ľudských zrýchlených oblastí má 26-krát viac substitúcií (mutácií) ako ich šimpanzí náprotivky.

Existujú však rozdiely medzi HAR v ľudskej evolučnej histórii? Podľa iných zdrojov sú rozdiely v týchto regiónoch medzi archaickými hominínmi (neandertálcami) a modernými ľuďmi okolo 8 %, čo je napr. že táto evolučná divergencia, ktorá nás charakterizuje, sa musela zrýchliť asi pred 500 000 rokmi a mohla byť rozhodujúca pre charakteristiku rodu Homo. Samozrejme, variácie v ľudskom genóme počas našej evolučnej histórie môžu obsahovať veľa odpovedí na naše charakteristiky ako druhu.

HAR a duševné poruchy

Ešte prekvapivejšie, ak je to možné, je vedieť, že štúdie to pozorovali v blízkosti týchto zrýchlených oblastí sa u pacientov s duševnými poruchami nachádzajú určité mutované gény ako schizofrénie, a preto sa predpokladá, že by nimi mohli byť ovplyvnení.

Okrem toho ďalší výskum zdokumentoval, že rôzne genetické variácie u pacientov s autizmom sa nachádzajú v zrýchlených oblastiach. To by sa mohlo premietnuť do špecifickej modulácie, pokiaľ ide o produkciu proteínov, ktoré interagujú s mozgom, čo by podmienilo „normálne“ fungovanie v správaní jednotlivca.

závery

Ako sme videli, ľudské zrýchlené regióny sú segmenty DNA, ktoré by mohli hrať zásadnú úlohu vo vývoji ľudí, teda tie veľmi špeciálne vlastnosti, ktoré nás definujú ako druh.

Okrem toho štúdie odhalili, že by mohli modulovať expresiu určitých génov, čo by podmieňovalo metabolizmu jedinca a teda aj jeho správania, najmä pri poruchách ako schizofrénia resp autizmus.

Hoci výskum položil niekoľko sľubných základov, je nevyhnutné zdôrazniť, že sme sa nikdy neprestali pohybovať v teoretických a experimentálnych rámcoch. Nič z toho, čo je tu uvedené, nemožno interpretovať ako dogmu alebo absolútnu realitu, pretože stále je vyžaduje rozsiahle obdobie výskumu, aby sme pochopili jedinečnosť týchto segmentov genetický.

Bibliografické odkazy:

• Allele, National Genome Human Research Institute. Zhromaždené 31. augusta v https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Alelo
• Capra, J. A., Erwin, G. D., McKinsey, G., Rubenstein, J. L. a Pollard, K. S. (2013). Mnoho ľudských zrýchlených oblastí podporuje rozvoj. 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). Mutácie v ľudských zrýchlených oblastiach narúšajú kogníciu a sociálne správanie. Cell, 167(2), 341-354.
• Hubisz, M. J. a Pollard, K. S. (2014). Skúmanie genézy a funkcií Human Accelerated Regions vrhá svetlo na ich úlohu v ľudskej evolúcii. Súčasný názor v genetike a vývoji, 29, 15-21.
• Katzman, S., Kern, A. D., Pollard, K. S., Salama, S. R. a Haussler, D. (2010). GC-zaujatá evolúcia v blízkosti ľudských zrýchlených oblastí. PLoS Genet, 6(5), e1000960.
• Levchenko, A., Kanapin, A., Samsonova, A., & Gainetdinov, R. R. (2018). Ľudské zrýchlené oblasti a ďalšie variácie sekvencií špecifických pre človeka v kontexte evolúcie a ich význam pre vývoj mozgu. Genómová biológia a evolúcia, 10(1), 166-188.
• Čo je to nekódujúca DNA. Úvodná referencia genetiky. Zhromaždené 31. augusta v https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/noncodingdna