Dodano: 24 wrzesień 2021r.

„Skaczące geny” sprawiły, że ludzie stracili ogony. Mogły też nam zaszkodzić

Większość ssaków posiada ogony. Nie mają ich ludzie i nasi kuzyni - małpy człekokształtne. Teraz badacze odkryli, jak w toku ewolucji człowiek stracił tę część ciała. Chodzi o zmianę genetyczną spowodowaną transpozonami, nazywanymi też „wędrownymi genami” lub „skaczącymi genami”, które przemieściły się na inną pozycję w genomie i zmieniły sposób, w jaki małpy wytwarzają kluczowe dla rozwoju ogonów białko. Nowe badania sugerują również, że ta zmiana miała mniej widoczny i bardziej niebezpieczny skutek: wyższe ryzyko wad wrodzonych.

„Skaczące geny” sprawiły, że ludzie stracili ogony. Mogły też nam zaszkodzić

 

- Praca ta nie tylko odnosi się do interesującego pytania o to, co czyni nas ludźmi, ale dostarcza także nowych spostrzeżeń na temat tego, jak mogą zachodzić podobne ewolucyjne zmiany - mówi Hopi Hoekstra, biolog z Uniwersytetu Harvarda - To piękna praca – dodaje naukowiec. Nowe badania opublikowano w bazie preprintów „bioRxiv” (DOI: 10.1101/2021.09.14.460388), pisze o nich również magazyn „Science”.

Odkrycia dokonał Bo Xia z New York University Grossman School of Medicine. Autor przyznaje, że od dziecka zastanawiał się, dlaczego ludzie nie mają ogonów. W ostatnich latach udało się zsekwencjonować wiele genomów naczelnych, więc zaczął szukać specyficznych dla małp zmian w DNA, o których wiadomo, że odgrywają rolę w rozwoju ogona. W genie o nazwie TBXT znalazł podejrzanego - krótką sekwencję DNA zwaną elementem Alu, która była obecna u wszystkich małp człekokształtnych, ale brakowało jej u innych ssaków.

„Skaczący gen” pozbawił nas ogona

Sekwencje Alu mogą przemieszczać się po genomie i są czasem nazywane „skaczącymi” lub „wędrownymi genami”, choć fachowa nazwa to transpozon. Swoją nazwę zawdzięcza zdolności do zmieniania miejsca w obrębie genomu tej samej komórki, a ten proces nazywany jest transpozycją. Możliwe, że to pozostałości po starożytnych wirusach, które zadomowiły się w naszym genomie. Są one powszechne w ludzkim genomie, stanowiąc około 10 proc. naszego DNA. Czasami przyswojenie Alu przez jakiś gen przerywa jego funkcjonowanie. W innych przypadkach elementy te mają bardziej złożone działanie, zmieniając miejsce lub sposób ekspresji białka.

Biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego Pascal Gagneux twierdzi, że insercje (spontaniczne mutacje) Alu są siłą napędową ewolucyjnej zmienności. - I choć takie mutacje są często kosztowne, to raz na jakiś czas trafiają w dziesiątkę i powstaje korzystna zmiana, którą ewolucja zachowuje – mówi ekspert.

TBXT koduje białko zwane „brachyury”, co po grecku znaczy „krótki ogon”. Wiadomo, że mutacja w tym genie powoduje skrócenie ogonów u myszy. Na pierwszy rzut oka wydaje się , że specyficzny dla małp element Alu nie powoduje istotnych zaburzeń w genie. Jednak po bliższym przyjrzeniu się, Xia zauważył drugi element Alu, który czaił się w pobliżu. Zdał sobie sprawę, że u małp te dwa „wędrowne geny” mogą się ze sobą łączyć i tworzyć pętlę, która zmienia ekspresję TBXT tak, że powstałe białko będzie nieco krótsze od oryginału. - To spostrzeżenie było bardzo sprytne i nie było takie oczywiste - mówi Hoekstra.

Cena za utratę ogona

Xia odkrył, że ludzkie komórki macierzyste wytwarzają dwie wersje TBXT, jedną dłuższą i jedną krótszą. Chociażby komórki myszy produkują tylko dłuższą wersję. Badacze skorzystali z techniki edycji genów CRISPR do usunięcia jednego lub drugiego elementu Alu w ludzkich komórkach macierzystych. Utrata któregokolwiek z nich sprawiła, że krótsza wersja TBXT znikała.

W innych eksperymentach Xia i jego koledzy użyli CRISPR do stworzenia myszy ze skróconą wersją TBXT. Myszy posiadające skrócony gen nie przeżyły, ale te z jedną długą i jedną krótką wersją urodziły się z różną długością ogona - od całkowitego braku do prawie normalnego – donoszą badacze.

To sugeruje, że krótsza wersja TBXT zaburza rozwój ogona. - Specyficzna dla małp insercja Alu, którą zauważył Xia, prawdopodobnie około 25 milionów lat temu doprowadziła do oddzielenia się małp człekokształtnych od innych gatunków – mówi genetyk Langone Health, który pomagał koordynować projekt.

Genetycznie zmodyfikowane myszy miały również niezwykle wysoki poziom problemów z cewą nerwową i wad w rozwijającym się rdzeniu kręgowym. Powodują one rozszczep kręgosłupa oraz anencefalię (bezmózgowie). - Najwyraźniej zapłaciliśmy pewną cenę za utratę ogona i wciąż odczuwamy jej echo - mówi Yanai.

Zdaniem naukowców odkrycie jest bardzo interesujące. Teraz badacze stawiają kolejne pytania i chcą się dowiedzieć, w jaki sposób skrócony gen wpływa na wady wrodzone kręgosłupa. Chcą też zbadać genom osób, które rodzą się ze szczątkowymi ogonami, co czasem się zdarza.

 

Źródło: Science