Evoluția omului a fost însoțită de o schimbare în activitatea autorităților de reglementare a genelor • Alexander Markov • Știința științifică despre "Elemente" • Genetica

Evoluția umană a fost însoțită de o schimbare a activității regulatorilor de gene.

Acesta este aspectul unui microcip – un dispozitiv standard pentru măsurarea nivelului activității genelor. Luminozitatea fiecărei celule corespunde nivelului de activitate al unei anumite gene (fotografie de la som.ucdavis.edu)

Comparația nivelului de activitate al 907 de gene la om, cimpanzeii, urangutanii și maimuțele rhesus a făcut posibilă identificarea a 30 de gene a căror activitate la oameni a crescut drastic în comparație cu alte primate și 19 gene cu activitate redusă. În primul grup au existat mulți factori de transcripție, adică genele a căror funcție este de a regla activitatea altor gene. Printre genele a căror activitate este crescută în cimpanzeii, factorii de transcripție sunt mult mai mici. Evident, schimbarea activității geno-regulatorilor a jucat un rol important în evoluția liniei umane.

Genomul oricărui organism este un sistem complex ale cărui elemente (gene) sunt interconectate printr-o rețea de interacțiuni. Unele gene reglează activitatea altora, le pornesc și se opresc, iar aceste gene de reglementare în sine sunt, la rândul lor, controlate de alte gene și așa mai departe. În aceste "rețele de reglementare a genelor" există o mulțime de feedback – atât pozitive, cât și negative.Rolul central în aceste interacțiuni complexe este jucat de genele care codifică factorii de transcripție – proteinele care sunt capabile să recunoască anumite părți ale ADN-ului, să le atașeze și fie să acționeze, fie, dimpotrivă, să interfereze cu transcripția (adică citirea, lucrul) a genelor din apropiere. Factorii de transcripție sunt regulatori specializați care asigură funcționarea armonioasă a genomului. Gena factorului de transcripție poate fi reglată la rândul său prin alți factori de transcripție.

Oamenii de știință au presupus de mult că, în transformările progresive evolutive (de exemplu, la originea omului) uneori nu este atât de mult schimbările genelor în sine, care sunt importante ca schimbări în activitatea lor. Chiar și o mică schimbare în secvența nucleotidică a unei singure regulatoare de gena poate duce la schimbări dramatice în activitatea multor alte gene și, la rândul său, poate provoca schimbări radicale în structura organismului.

Pentru a testa aceste ipoteze, un grup de biologi moleculari din Statele Unite și Australia au comparat nivelul de activitate (expresie) al genelor la om, cimpanzeii, urangutanii și maimuțele rhesus.Activitatea genică a fost măsurată în celulele hepatice ale cinci bărbați adulți din fiecare specie.

Expresia genetică se măsoară folosind microcipuri – plăci cu fragmente de ADN aplicate pe ele – fragmente ale genelor studiate. ARN este izolat din celule și aplicat la un microcip. Cu cât gena funcționează mai activ, cu atât mai multe nucleotide sunt sintetizate în celula moleculelor de ARN cu secvența nucleotidică caracteristică acestei gene (ele sunt sintetizate în timpul citirii inițiale a genelor – transcripție). Dacă există fragmente de ADN pe cip cu aceeași secvență de nucleotide, moleculele de ARN se "leagă" de ele. Prin numărul de molecule de ARN "blocate", nivelul activității genelor este evaluat.

În special pentru acest studiu, a fost dezvoltat un microcip "multi-specie", care, cu același succes, "captează" ARN-ul tuturor celor patru specii de primate, în ciuda diferențelor mici în secvențele de nucleotide. Anterior, pentru astfel de studii, s-au folosit microcipuri "umane", iar ARN-ul de maimuțe se înrăutățește și, prin urmare, activitatea acestora este subestimată.

Mai întâi de toate, oamenii de știință au identificat gene, nivelul de activitate al cărui nivel este identic la toate cele patru specii și, de asemenea, variază foarte puțin în rândul anumitor indivizi dintr-o specie.Așa cum era de așteptat, printre ei s-au numărat multe gene care reglează procesele fiziologice de bază care apar în celulă (ele sunt numite și "gene de menaj") – schimbarea activității lor lezează de obicei organismul. În acest caz, nu sa găsit nimic neașteptat, care a confirmat doar corectitudinea tehnicii. În plus, acest rezultat poate fi util pentru medicină, deoarece tulburările care apar în genele identificate cu un nivel constant al activității pot fi asociate cu diferite boli. Într-adevăr, printre aceste gene, proporția de "oncogene", adică gene, a căror funcționare defectuoasă poate duce la cancer, a crescut.

Oamenii de stiinta au identificat, de asemenea, 110 de gene, ale caror activitate este semnificativ diferita la om si cimpanzeu (55 genele sunt mai active la om si exact la rudele apropiate). Rezultate similare au fost obținute mai devreme de alți cercetători, dar de această dată, datorită disponibilității datelor privind macacii și urangutanii, a fost posibil să se avanseze în mod semnificativ mai mult – a fost posibil să se determine care dintre diferențele identificate (între oameni și cimpanzeii) au apărut la om și care – după separarea lor acum 6 milioane de ani.De exemplu, dacă macaci și urangutani au un nivel de activitate al acestei gene care este similar cu cel al cimpanzeilor și este mai mare la om, atunci cel mai probabil, creșterea activității genice a avut loc în linia umană după separarea sa de linia cimpanzei. Dacă, în macaci și urangutani, activitatea genei coincide cu cea umană, prin urmare, este vorba despre reducerea activității acestei gene în linia de cimpanzeu.

Deci, au fost descoperite 49 de gene, activitatea cărora sa schimbat în linia umană (30 de gene și-au sporit activitatea, 19 – au scăzut). Interesant, printre cele 30 de gene cu activitate crescută, s-au dovedit până la 9 factori de transcripție (30%), în timp ce, în general, în proba de 907 gene studiate, doar 10% sunt factori de transcripție. Dintre genele cu o activitate redusă a factorilor de transcripție nu a fost deloc.

Este absolut clar că aceste gene sunt doar vârful aisbergului, deoarece doar o mică parte a genelor de factori de transcripție din genom sunt exprimate în ficatul unui adult (sau maimuță). Mulți factori de transcripție sunt pornite pentru o perioadă scurtă de timp numai la anumite momente de dezvoltare embrionară, controlând cel mai complicat proces de formare a unui organism.Activitatea acestor factori foarte de transcripție determină cu siguranță cele mai importante diferențe dintre oameni și maimuțe, însă căutarea lor este o chestiune a viitorului.

Cel mai interesant lucru este că totul sa dovedit diferit pentru cimpanzeii. Dintre genele a căror activitate sa schimbat în linia evolutivă a cimpanzeilor după separarea sa de la om, factorii de transcripție s-au dovedit a fi doar 9%, dintre care jumătate au activitate crescută și jumătate dintre ei au scăzut. Apropo, studii similare efectuate pe specii strâns legate de muște, muște de fructe, de asemenea, ca și în cazul cimpanzeilor, nu au prezentat schimbări deosebit de puternice în activitatea factorilor de transcripție. Se pare că expresia sporită a multor gene de reglementare este o caracteristică specifică a evoluției liniei umane.

Semnificația acestui fenomen nu este încă complet clară. Ar fi frumos să începem să aflăm care genuri sunt reglementate de genele de reglementare, a căror activitate a crescut în strămoșii noștri și prin ce genuri aceste regulatori sunt reglementați și așa … dar nu este ușor de aflat. Faptul că o anumită genă codifică un factor de transcripție este, în majoritatea cazurilor, determinată nu experimental, ci pur și simplu prin secvența de nucleotide, prin prezența în ea a unor "motive" caracteristice factorilor de transcripție.

Imediat dupa citirea genomului cimpanzeului (acest lucru sa intamplat anul trecut), genetica in randurile amicale s-au grabit sa furtuna "secretul etern" al unicitatii umane, iar puterea atacului lor inspira respect. Publicații privind identificarea caracteristicilor genetice unice Homo sapiens, apar mai des și, uneori, se pare că mai mult – și ceva foarte important ne va fi dezvăluit.

Sursa lui: Yoav Gilad, Alicia Oshlack, Gordon K. Smyth, Terence P. Speed, Kevin P. White. Factori de transcriere // natură. 2006. V. 440. P. 242-245.

Vezi și:
N. A. Kolchanov. Evoluția sistemelor genetice de reglementare
A. V. Markov. Genele "silențioase" vorbesc despre evoluția umană
Endorfinele ne-au făcut umane? (element, 29.11.2005)
De ce cimpanzeii nu primesc cancer (element, 8.02.2006)

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: