Исследователи открыли гены, которые могут быть ключом к разгадке эволюции человека

pixabay.com

Исследователи из Центра Доннелли в Торонто обнаружили, что десятки генов, ранее считавшихся одинаковыми в разных организмах, на самом деле уникальны для людей и могут помочь объяснить, как появился наш вид.

Эти гены кодируют класс белков, известных как факторы транскрипции, или TF, которые контролируют активность генов. TF распознают специфические фрагменты кода ДНК, называемые мотивами, и используют их в качестве посадочных площадок для связывания ДНК и включения или выключения генов.

Предыдущие исследования показали, что TF, которые выглядят одинаково у разных организмов, связывают сходные мотивы, даже у таких разных видов, как плодовые мухи и люди. Но новое исследование под руководством профессора Тимоти Хьюза в Центре клеточных и биомолекулярных исследований Доннелли показывает, что это не всегда так.

В журнале Nature Genetics исследователи рассказали о своем новом методе, позволившем им более точно прогнозировать последовательности мотивов, которые каждый TF связывает в различных видах живых организмов. Результаты показали, что некоторые подклассы TF гораздо более функционально разнообразны, чем считалось ранее.

«Даже между близкородственными видами существует немаловажная часть TF, которые могут связывать новые последовательности. Это означает, что они могут иметь новые функции, которые регулируются различными генами, что может быть важно для видовых различий», - пояснил ведущий автор исследования Сэм Ламберт.

Даже между шимпанзе и людьми, чьи геномы идентичны на 99 процентов, существуют десятки TF, которые распознают различные мотивы между двумя видами таким образом, что это влияет на экспрессию сотен различных генов.

«Мы полагаем, что эти молекулярные различия могут быть причиной некоторых различий между шимпанзе и людьми», - добавил Ламберт.

Для повторного анализа последовательностей мотивов Ламберт разработал новое программное обеспечение, находящее структурные сходства между областями связывания TF, которые имеют отношение к их способности связывать одинаковые или разные мотивы ДНК. Если два TF из разных видов имеют сходный состав аминокислот, строительных блоков белков, то они, вероятно, связывают и сходные мотивы. Но в отличие от более старых методов, которые сравнивают эти области в целом, метод Ламберта автоматически присваивает большее значение тем аминокислотам, которые непосредственно связываются с ДНК. В этом случае два TF могут выглядеть одинаково в целом, но, если они различаются по положению этих ключевых аминокислот, они с большей вероятностью связывают разные мотивы.

Когда Ламберт сравнил все TF разных видов и сопоставил их со всеми доступными данными последовательности мотивов, он обнаружил, что многие TF человека распознают разные последовательности и, следовательно, регулируют разные гены, в отличие от версий тех же белков у других животных.

Этот вывод противоречит более ранним исследованиям, в которых говорилось, что почти все TF человека и плодовой мухи связывают одни и те же последовательности мотивов. Новые результаты требуют осторожности от ученых, надеющихся получить представление о человеческих TF, изучая их аналоги в более простых организмах.

Что касается TF, которые выполняют функции, присущие только виду людей, они принадлежат к быстро развивающемуся классу так называемых C2H2 «цинковые пальцы», названных так из-за сходства их структуры, содержащей ионы цинка, с которыми они связывают ДНК, с пальцами.

Их роль остается открытым вопросом, но известно, что организмы с более разнообразными TF также имеют больше типов клеток, которые могут объединяться новыми способами для создания более сложных организмов.

По мнению ученых, некоторые из этих цинковых TF могут отвечать за уникальные особенности физиологии и анатомии человека, в частности, нашу иммунную систему и мозг, которые являются наиболее сложными среди животных. Другой касается полового диморфизма: бесчисленные видимые, а зачастую менее очевидные различия между полами, которые определяют выбор партнера и могут оказывать сильное влияние на физиологию в долгосрочной перспективе. Хвост павлина или волосы на лице у мужчин являются классическими примерами таких особенностей.

Исследователи открыли гены, которые могут быть ключом к разгадке эволюции человека

Картина дня

Наши публикации