Вчені визначили ділянки геному, які ймовірно зумовили появу унікально людських адаптацій. Ділянки ДНК, що отримали назву HAQER (Human Ancestor Quickly Evolved Regions), контролюють зчитування генів, котрі кодують білки, сприяючи розвитку нашого мозку, травного тракту та імунної системи. Вони з'явилися незабаром після того, як генеалогічні лінії людини і шимпанзе розділилися. Однак HAQER приносять не лише користь – вони заклали основу й деяких хвороб.
У людей HAQER-ділянки виникли після того, як людина відокремилася від шимпанзе. Зображення: hotomaru/ thinkstock.
Ми, люди, відрізняємося від наших найближчих родичів-приматів, зокрема шимпанзе та горили. Однак генетичні причини наших “типово людських” ознак поки з’ясовані лише частково, зокрема через те, що між генами, які кодують білки у людини і людиноподібних мавп, майже не існує відмінностей. Також з'являється все більше доказів того, що вирішальні зміни мали би відбутися в некодувальних частинах нашого генетичного матеріалу – в тій частині, яку тривалий час вважалася непотрібною “сміттєвою ДНК”.
У цих некодувальних ділянках людського геному команда під керівництвом Райлі Мангана (Riley Mangan) з Дюкського університету в США знайшла сліди нашої еволюції. Досі особливу увагу науковці зосереджували на тих послідовностях ДНК, що тривалий час залишалися стабільними, але в наших предків зазнавали швидких змін. “Припускали, що таке прискорення молекулярної еволюції відображало зміну відбору”, – пояснюють дослідники.
Натомість Манган і його колеги шукали відмінності в тих регіонах геному, які зазнали динамічних змін раніше. “Багато унікальних особливостей людської анатомії, зокрема розмір мозку, пропорції кінцівок або анатомія обличчя, були нестабільними й у нелюдських видів”, – пояснили вчені. Використовуючи високопродуктивне секвенування і порівняння геномів, вони шукали сегменти ДНК в тих ділянках, які особливо швидко змінилися після того, як лінії шимпанзе і людини розділилися близько 7,5 мільйона років тому.
Дослідникам вдалося виявити понад 1,5 тисячі таких ділянок. Вони назвали їх HAQER (вимовляється “гакер”), що розшифровується “Human Ancestor Quickly Evolved Regions” (“ділянки, що швидко еволюціонували у предків людини”). Ці сегменти ДНК є одними з тих, що найшвидше еволюціонували в геномі людини. Але коли стався цей колосальний поштовх у розвитку? В процесі доісторичної чи ранньої еволюції людини – чи, ймовірно, під час відокремлення від шимпанзе?
Щоб перевірити це, Манган і його колеги синтезували 13 найбільш інформативних послідовностей HAQER і порівняли їх з геномами неандертальця, денисовця, шимпанзе, а також реконструйованим геномом гіпотетичного спільного предка людини і шимпанзе. Результат: HAQER розвинулися після того, як наша генеалогічна лінія відокремилася від лінії шимпанзе, але до того, як ми відокремилися від денисовця та неандертальця. Тобто інші ранні людські види також були наділені цими послідовностями.
У чому ж функція HAQER? Вчені називають їх регуляторними сегментами ДНК, котрі виконують функцію своєрідних перемикачів. “Здається, вони у специфічний спосіб умикають гени. Вони роблять це тільки в певних типах клітин і тільки на певних періодах розвитку. Або ж тільки тоді, коли навколишнє середовище змінюється у якийсь спосіб”, – пояснює колега Мангана Крейг Лов (Craig Lowe).
До операційної системи людини HAQER додали такі генні перемикачі, яких раніше не існувало. Більш детальний аналіз засвідчив: вони важливі насамперед для розвитку людського мозку, шлунково-кишкового тракту та окремих ділянок імунної системи. Генні перемикачі дають змогу людині переналаштуватися, тобто цілеспрямовано адаптуватися до мінливого довкілля.
Як з'явилися HAQER? Існує два поширені пояснення швидкого виникнення генетичних ділянок: вони або виникають внаслідок локальних мутацій, або виявляються настільки вигідними для виду, що виживають у процесі природного відбору. У послідовностях ДНК, які зараз аналізують вчені, знайшли аргументи на користь обох цих теорій.
Зробивши нас людьми, HAQER не тільки наділили нас позитивними рисами, зокрема великим мозком, а й заклали основу для типово людських хвороб, припускають дослідники. Зокрема йдеться про підвищення кров'яного тиску, уніполярну та біполярну депресію та шизофренію. Всі люди мають дуже схожі послідовності HAQER, проте існують деякі відхилення, за словами Мангана і його колег. “Ми змогли продемонструвати, що ці відхилення мають тенденцію корелювати з певними захворюваннями”, – сказав Лов. Як саме виглядає ця кореляція, потрібно дослідити в наступних розвідках.
Anna Manz
Diese Genschalter unterscheiden uns vom Affen
Duke University, 5.12.2022
24.12.2022