Współcześni ludzie krzyżowali się z denisowianami w Azji, co nadało genetyczną adaptację do regulacji cynku, która pomogła ludziom przystosować się do zimnego klimatu, co jest cechą szeroko rozpowszechnioną obecnie w populacjach spoza Afryki. Ta adaptacja, choć korzystna dla adaptacji do zimna, może również predysponować jednostki do różnych zaburzeń psychicznych.

Badania wskazują, że zaobserwowany wariant genetyczny wpływający na regulację cynku mógł oznaczać ewolucyjną przewagę w adaptacji naszych przodków do zimna.

Około 60 000 lat temu współczesny człowiek rozpoczął migrację z Afryki, exodus często nazywany wydarzeniem „poza Afrykę”. Po przybyciu do Azji ludzie ci spotkali Denisovanów. Spotkanie to prawdopodobnie zaowocowało mieszanką konfliktów i współpracy, ale także różnym krzyżowaniem. 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), wspólny ośrodek Hiszpańskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych (CSIC) i Uniwersytetu Pompeu Fabra (UPF) oraz Wydział Medycyny i Nauk Przyrodniczych UPF (MELIS), dokonał zidentyfikował jeden z najbardziej rozpowszechnionych śladów dziedzictwa genetycznego wymarłych denisowian we współczesnym człowieku. Zespoły Eleny Bosch, głównej badaczki IBE i Rubéna Vicente, głównego badacza MELIS-UPF, odkryły, 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.

Rozkład geograficzny podstawienia zidentyfikowanego w genie SLC30A9 w obecnych populacjach ludzkich i możliwe scenariusze introgresji Denisovana. Przodek SLC30A9 odpowiada wersji genu sprzed skrzyżowania Denisovanów i Sapiens. Wariant SLC30A9 nawiązuje do wersji udostępnionej Denisovanom. Źródło: Jorge Garcia i Elena Bosch. Licencja na licencji Creative Commons 4.0. Utworzono na mapie.

„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 na poziomie komórkowym ta genetyczna odmiana pochodzenia denisowiańskiego. „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 grupie aminowej kwas w transporterze cynku, który bardzo różnił się od współczesnych populacji 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.

Wykazanie, że część transportera znajduje się w mitochondriach za pomocą obrazowania mikroskopowego STED w super rozdzielczości z komórkami HEZ293 transfekowanymi transporterem cynku ZnT9 (na zielono). W kolorze magenta białko mitochondrialne TOM 20, a na biało lokalizacja w mitochondriach. Źródło: Rubén Vicente.

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 autyzmuchoroba 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 największy odkryty dotychczas 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.

Odniesienie: „Ludzka adaptacja genetyczna związana z komórkową homeostazą cynku” autorstwa Ana Roca-Umbert, Jorge Garcia-Calleja, Marina Vogel-González, Alejandro Fierro-Villegas, Gerard Ill-Raga, Víctor Herrera-Fernández, Anja Bosnjak, Gerard Muntané, Esteban Gutiérrez, Felix Campelo, Rubén Vicente i Elena Bosch, 25 września 2023 r., Genetyka PLOS.
DOI: 10.1371/journal.pgen.1010950