Ludzkie geny wielkomózgowe mogły pochodzić ze „śmieciowego DNA”
Naukowcy uważali kiedyś większość ludzkiego genomu za „śmieci”, ponieważ duże fragmenty jego kodu genetycznego nie dają podstaw do powstania żadnych białek, złożonych cząsteczek, których zadaniem jest utrzymywanie komórek w ruchu. Jednak od tego czasu odkryto, że to tak zwane śmieci DNA odgrywa ważną rolę w komórkach, a w nowym badaniu naukowcy donoszą, że ludzie mogą faktycznie mieć śmieciowe DNA, które zawdzięczają naszym wyjątkowo dużym mózgom.
Badanie, opublikowane w poniedziałek (2 stycznia) w czasopiśmie Ekologia przyrody i ewolucja (otwiera się w nowej karcie)sugeruje, że geny, które umożliwiły ludzkie mózgi wyhodować duże płaty i złożone sieci informacyjne mogły pierwotnie wyłonić się ze śmieciowego DNA. Innymi słowy, w pewnym momencie „śmieci” nabyły zdolność kodowania białek, a te nowe białka mogły mieć kluczowe znaczenie dla ludzkiego mózgu ewolucja.
Odkrycia sugerują, że takie geny „mogą odgrywać rolę w rozwoju mózgu i być motorem procesów poznawczych podczas ewolucji ludzi” Ericha Bornberga-Bauera (otwiera się w nowej karcie)biofizyk ewolucyjny z Uniwersytetu w Münster w Niemczech, który nie był zaangażowany w badania, powiedział Magazyn naukowy (otwiera się w nowej karcie).
Zazwyczaj nowe geny kodujące białka rodzą się, kiedy komórki powielać i robić kopie swojego DNA. Gdy komórki konstruują nowe cząsteczki DNA, w kodzie genetycznym mogą pojawić się mutacje, a zmienione geny mogą następnie dać początek nieco innym białkom niż ich poprzednicy. Geny zrodzone ze śmieciowego DNA, znane jako geny de novo, przechodzą bardziej dramatyczną transformację, polegającą na tym, że nagle uzyskują zdolność do wytwarzania białek.
Powiązany: W ludzkim genomie znajduje się ponad 150 genów „wykonanych od podstaw”. 2 są dla nas całkowicie wyjątkowe.
Aby wytworzyć białka, komórki „odczytują” geny kodujące białka i zapisują swoje plany genetyczne w cząsteczce zwanej RNA, który następnie przenosi się do miejsca budowy białka w komórce, zwanego rybosomem. Stamtąd rybosom wykorzystuje plan RNA do budowy pożądanego białka. Co ciekawe, śmieciowe DNA można również wykorzystać do wytworzenia różnych smaków RNA, ale bardzo niewiele z tych cząsteczek RNA może opuścić jądro, ochronną bańkę, w której komórki przechowują swoje DNA, odkryli autorzy badania. Ich nowe badania sugerują, że aby przekształcić się w DNA kodujące białka, śmieciowe DNA musi najpierw zacząć wytwarzać RNA zdolne do ucieczki z jądra i dotarcia do rybosomu, donosi magazyn Science.
Porównując genomy ludzi, szympansy (Panowie troglodyci) i makaków rezusów (Macaca Mulat), naszego bardziej odległego krewnego naczelnych, autorzy wskazali 74 przykłady śmieciowego DNA przekształcającego się w DNA kodujący białka, poinformował Ars Technica (otwiera się w nowej karcie). Potwierdzili, że kluczowym krokiem w tej transformacji było to, że śmieciowe DNA wychwytywało mutacje, które pozwoliły jego RNA opuścić jądro.
Ludzie i szympansy dzielą 29 z tych genów de novo, co oznacza, że geny pojawiły się po tym, jak ludzie i szympansy oddzielili się od ewolucyjnego przodka, którego dzielili z makakami rezus. Pozostałe 45 genów de novo pojawiło się po oddzieleniu się ludzi i szympansów około 6 milionów lat temuco oznacza, że geny są unikalne dla ludzi.
Co więcej, zespół odkrył, że dziewięć z tych unikalnych genów wydaje się być aktywnych w ludzkim mózgu, więc zbadali funkcje genów w kilku eksperymentach. Niektóre testy obejmowały małe, trójwymiarowe modele mózgu wyhodowane w naczyniach laboratoryjnych; dwa geny spowodowały, że te minimózgi urosły większe niż bez tych genów. Jak donosi magazyn Science, u genetycznie zmodyfikowanych myszy te dwa geny odpowiednio napędzały ponadprzeciętny wzrost mózgu i powodowały tworzenie się podobnych do ludzkich grzbietów i rowków w mózgach gryzoni.
Kluczowe jest, aby pamiętać, że minimózgi nie oddają całej złożoności pełnowymiarowych ludzkich mózgów i że badania na gryzoniach obejmowały stosunkowo niewielką liczbę myszy, powiedzieli eksperci magazynowi Science. Ale ostatecznie praca sugeruje, że śmieciowe DNA mogło dostarczyć niektórych kluczowych składników tego, co czyni nas ludźmi.
