Преди приблизително 25 милиона години предшественик както на хората, така и на маймуните генетично се отдели от маймуните и загуби опашката си. Никой не беше идентифицирал генетичната мутация, отговорна за тази драматична промяна в нашата физиология – досега.
В ново проучване, публикувано в сряда (28 февруари) в списанието Природата, изследователите идентифицираха уникална ДНК мутация, която доведе до загубата на опашките на нашите предци. Той се намира в гена TBXT, за който е известно, че участва в дължината на опашката при опашатите животни.
Впечатляващото откритие започна, когато авторът на първото изследване Бо Сябивш студент в Нюйоркския университет, който сега е главен изследовател в Broad Institute, нарани опашната си кост и се заинтересува от произхода на структурата.
„Бо наистина е гений, защото той погледна нещо, което най-малкото хиляди хора трябва да са гледали преди – но той видя нещо различно“, каза Итай Янайнаучен директор на лабораториите за приложна биоинформатика в NYU Langone Health и старши автор на изследването.
Свързани: Ами ако хората имаха опашки?
Скачащи гени и „тъмна материя“
В продължение на милиони години промените в ДНК позволяват на животните да еволюират. Някои промени включват само едно стъпало в усуканата стълба на ДНК, но други са по-сложни.
Т.нар Алуминиеви елементи са повтарящи се ДНК последователности, които могат да генерират битове от РНК, молекулярен братовчед на ДНК, който може да се преобразува обратно в ДНК и след това да се вмъкне произволно в генома. Тези „преносими елементи“ или скачащи гени могат да нарушат или подобрят функцията на гена при вмъкване. Този специфичен тип скачащ ген съществува само при примати и е движел генетичното разнообразие от милиони години.
В това последно проучване изследователите откриха два Alu елемента в гена TBXT, които присъстват при човекоподобните маймуни, но не и при маймуните. Тези елементи не са в частта от гена, която кодира протеините – екзоните – а по-скоро в интроните. Интроните са ДНК последователности, фланкиращи екзони, които са били посочени като „тъмна материя“ от генома, тъй като исторически се е предполагало, че нямат функция. Те се отстраняват или „сплайсират“ извън последователността, преди една РНК молекула да се превърне в протеин.
В този случай обаче, когато клетките използват гена TBXT за генериране на РНК, повтарящият се характер на Alu последователностите ги кара да се свързват заедно. Тази сложна структура все още се изрязва от по-голямата молекула на РНК, но отнема цял екзон със себе си, като по този начин променя крайния код и структурата на получения протеин.
Свързани: 10 неща, които научихме за нашите човешки предци през 2023 г
„Направихме много други анализи на други гени, замесени в дължината на опашката или морфологията. И, разбира се, има разлики, но това беше като мълния“, каза Джеф Бук, директор на Института за системна генетика към NYU Langone Health и старши автор на изследването. „И това беше некодираща ДНК [introns] това беше 100% запазено при всички маймуни и 100% липсваше при всички маймуни“, каза той пред Live Science.
В човешките клетки изследователите потвърдиха, че същите Alu последователности се появяват в гена TBXT и водят до отстраняване на същия екзон. Те също така откриха, че свързаната РНК молекула може да бъде нарязана по различни начини, за да се генерират множество протеини от един и същи ген. За сравнение, мишките правят само една версия на протеина, така че наличието и на двете версии изглежда предотвратява образуването на опашки, заключава екипът.
Този начин за създаване на различни протеини от един и същи ген се нарича „алтернативен сплайсинг“ и е една от причините човешката физиология да е толкова сложна. Но това е първият път, когато Alu елементите показват, че причиняват алтернативно снаждане.
„Мутации като тази често се смятат за ограничени последствия в еволюцията. Тук авторите показват, че такава мутация е имала дълбоко въздействие върху нашия вид“, каза Кърк Ломюлерпрофесор по екология и еволюционна биология и по човешка генетика в Калифорнийския университет в Лос Анджелис, който не е участвал в проучването.
„Вълнуващо е да се мисли колко други сложни мутации като тази биха могли да генерират важни черти през човешката еволюция“, каза Ломюлер в имейл на Live Science.
Бипедализъм и вродени дефекти
Изследователите експериментираха с вмъкването на същите тези скачащи гени в мишки и откриха, че мишките губят опашките си.
По-специално, еволюционните биолози предполагат, че загубата на опашката е позволила на хората да станат двукраки, според 2015 преглед. „Ние сме единственият документ, който някога е съставил правдоподобен сценарий за това как се е случило“, каза Янай пред Live Science.
„Сега ходим на два крака. Разработихме голям мозък и използваме технология“, каза той. „Всичко от просто егоистичен елемент, който скача в интрона на ген. Това е изумително за мен.“
Интересното е, че изследователите откриха, че мишките, които са загубили опашките си, показват по-голямо разпространение на спина бифида, вроден дефект, който засяга невралната тръба, ембрионална структура, която дава началото на гръбначния мозък и мозъка. Състоянието засяга приблизително 1 на 1000 раждания при хора, според Центрове за контрол и превенция на заболяванията.
„Може да е вид нежелана последица, че дефицитът на TBXT ви дава къса опашка … но прави по-вероятно да не получите това пълно неврално затваряне“, което означава, че в невралната тръба е останала дупка, каза Буке.
„Никой никога не е мислил, че като следваме нашето любопитство, ще накараме една мишка да загуби опашката си, като поставим същата мутация … и тогава виждаме, че мишката също има дефект на невралната тръба“, добави Янай.
Откриването на този тип алтернативен сплайсинг вероятно ще повлияе на цялата област на геномния анализ в бъдеще.
„Мисля, че ще има повече от тях там“, каза Boeke за тези влиятелни Alu елементи. Следователно, добави той, вероятно има алтернативно слепени протеини, които всъщност са основната причина за някои еволюционни промени в нашите черти.
Някога се чудите защо някои хора изграждат мускули по-лесно от други или защо луничките излизат на слънце? Изпратете ни вашите въпроси за това как функционира човешкото тяло [email protected] с тема „Health Desk Q“ и може да видите отговор на въпроса си на уебсайта!