Współcześni ludzie opuścili Afrykę około 60 000 lat temu w wydarzeniu znanym jako „poza Afryką”. W Azji zbiegli się z Denisovanami i to spotkanie mogło doprowadzić do konfrontacji i współpracy, ale także różnych krzyżówek. W rzeczywistości nawet dzisiaj współcześni ludzie zachowują w swoim genomie warianty genetyczne pochodzenia denisowiańskiego, które są świadectwem tych początkowych interakcji.

Teraz zespół kierowany przez Instytut Biologii Ewolucyjnej (IBE)wspólne centrum Hiszpańska Krajowa Rada ds. Badań Naukowych (CSIC) I Uniwersytet Pompeu Fabra (UPF)oraz przez UPF Katedra Medycyny i Nauk Przyrodniczych (MELIS) zidentyfikował jeden z najbardziej rozpowszechnionych śladów dziedzictwa genetycznego wymarłych denisowian u współczesnego człowieka. Zespoły z Elena Boschgłówny badacz IBE oraz Rubena Vicentegłówny badacz MELIS-UPF, odkrył, że ta adaptacja genetyczna pomogła populacjom przodków sapiens przystosować się do zimna.

Zaobserwowany wariant, zaangażowany w regulację cynku i odgrywający rolę w metabolizmie komórkowym, mógł również predysponować współczesnych ludzi do zaburzeń psychicznych, takich jak depresja czy schizofrenia.

Genetyczne różnice w regulacji cynku mogły oznaczać przewagę ewolucyjną

Sposób, w jaki adaptacja ukształtowała obecną różnorodność genetyczną populacji ludzkich, jest przedmiotem wielkiego zainteresowania genetyki ewolucyjnej.

Wychodząc z tego pytania, zespół Eleny Bosch zidentyfikował wariant adaptacyjny wśród obecnych populacji ludzkich w regionie naszego genomu, który wykazuje duże podobieństwo do genomu wymarłej populacji przodków: Denisovanów.

„Dzięki analizie genomu zauważyliśmy, że zaobserwowany wariant genetyczny powstał w wyniku krzyżowania się nas z archaicznymi ludźmi w przeszłości, prawdopodobnie z Denisovanami” – mówi Ana Roca-Umbert, współpierwsza autorka badania. Zespół wykluczył dziedzictwo neandertalczyka, ponieważ populacje te nie mają tej mutacji.

„Najwyraźniej zmiana była korzystna i okazała się selektywną korzyścią dla ludzi. W konsekwencji taka zmiana w SLC30A9 gen został wybrany i dotarł do obecnych populacji” – dodaje Jorge Garcia-Calleja, współpierwszy autor badania.

Laboratorium Ewolucyjnej Genetyki Populacyjnej kierowane przez Boscha chciało dowiedzieć się, jakie zmiany powoduje ta genetyczna odmiana pochodzenia denisowiańskiego na poziomie komórkowym. „Odkryliśmy, że mutacja ta z pewnością ma wpływ na transport cynku w komórce, dlatego skontaktowaliśmy się z zespołem Vicente”, wspomina Elena Bosch, główna badaczka z IBE i współprzewodnicząca badania.

Regulacja cynku: klucz do przystosowania się do zimna

„Elena skontaktowała się ze mną, ponieważ jej zespół zaobserwował zmianę w aminokwasie w nośniku cynku, która bardzo różniła się między dzisiejszymi populacjami Afryki i Azji. Od tego momentu zaczęliśmy zadawać sobie pytania i szukać odpowiedzi” – komentuje Rubén Vicente. Jego zespół w Grupie Biofizyki Układu Odpornościowego w Pracowni Fizjologii Molekularnej podjął techniczne wyzwanie polegające na badaniu ruchu wewnątrzkomórkowego cynku.

Cynk, pierwiastek śladowy niezbędny dla zdrowia człowieka, jest ważnym przekaźnikiem, który przenosi zarówno informacje z zewnątrz do wnętrza komórek, jak i pomiędzy różnymi przedziałami komórkowymi. Brak cynku powoduje zaburzenia wzrostu, neurologiczne i immunologiczne, chociaż „jego regulacja jest wciąż słabo zbadana ze względu na brak narzędzi molekularnych do śledzenia przepływu cynku”.

Laboratorium Vicente stwierdziło, że obserwowany wariant powoduje nową równowagę cynku w komórce, sprzyjając zmianom w metabolizmie. Zmieniając retikulum endoplazmatyczne i mitochondria komórek, zmiana ta powoduje możliwą przewagę metaboliczną w radzeniu sobie z wrogim klimatem. „Obserwowany fenotyp skłania nas do zastanowienia się nad możliwą adaptacją do zimna” – twierdzi Vicente.

Dziedzictwo genetyczne Denisovana może mieć wpływ na zdrowie psychiczne populacji Europy i Azji

Transport cynku bierze także udział w układzie nerwowym pobudliwość i odgrywa rolę w równowadze psychicznej i zdrowiu człowieka.

Zespół zwraca uwagę, że wariant występujący w tym transporterze cynku, który ulega ekspresji we wszystkich tkankach organizmu, wiąże się z większą predyspozycją do zapadnięcia na niektóre choroby psychiczne. Należą do nich jadłowstręt psychiczny, zespół nadpobudliwości psychoruchowej, zaburzenie ze spektrum autyzmu, choroba afektywna dwubiegunowa, depresja, zaburzenie obsesyjno-kompulsyjne i schizofrenia.

„W przyszłości rozszerzenie tego badania na modele zwierzęce mogłoby rzucić światło na tę predyspozycję do cierpień na choroby psychiczne”, zauważa Vicente.

Wariant genetyczny pozostawił ślad na całym świecie, z wyjątkiem Afryki

Chociaż wariant powstał w Azji w wyniku krzyżowania się Denisovanów i sapiensrozprzestrzenił się także na populacje europejskie i rdzennych Amerykanów. Tak naprawdę występuje w populacjach całej planety, choć w przypadku populacji afrykańskich występuje znacznie rzadziej.

Zespół zwraca uwagę, że prawdopodobnie adaptacja genetyczna Denisovana ma jak dotąd największy zasięg geograficzny. „Na przykład wariant w EPAS1 Gen odziedziczony od Denisovanów pozwala na przystosowanie się do życia na wysokościach, ale występuje tylko u Tybetańczyków. Jednak w naszym przypadku wpływ rozciąga się na wszystkie populacje poza Afryką” – podsumowuje Bosch.