Как човешките предци са загубили опашките си? Промяна в генния код

Генетична промяна при древните ни предци може отчасти да обясни защо хората нямат опашки като маймуните, показва ново проучване.

Работата, публикувана онлайн на 28 февруари като заглавна страница на списание Nature, сравнява ДНК на човекоподобни маймуни и хора без опашки с тази на нечовекоподобните маймуни с опашки и открива вмъкване на ДНК, което е общо за човекоподобните маймуни, но липсва при нечовекоподобните маймуни.

Когато изследователският екип създава серия от мишки, за да провери дали мутация в ген, наречен TBXT, се отразява на опашките им, авторите откриват различни ефекти върху опашките, включително това, че някои мишки се раждат без опашки.

"Нашето изследване започва да обяснява как еволюцията е премахнала опашките ни - въпрос, който ме интригуваше още от малък", разказва водещият автор на изследването д-р Бо Ся (Bo Xia), студент по време на изследването в лабораториите на старшите съавтори на изследването д-р Джеф Д. Боке (Jef D. Boeke) и д-р Итай Янай (Itai Yanai) във Факултета по медицина "Гросман" на Нюйоркския университет. Сега Ся е младши член на Обществото на стипендиантите в Харвард и главен изследовател в Института Броуд на Масачузетския технологичен институт и Харвард.

Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain

Повече от 100 гена са били свързани с развитието на опашките при различни видове гръбначни животни и авторите на изследването предполагат, че загубата на опашка се случва чрез промени в ДНК кода (мутации) на един или повече от тях.

Забележително е, казват авторите на изследването, че новото проучване установява, че разликите в опашките идват не от мутации на TBXT, а от вмъкването (инсерцията) на ДНК фрагмент, наречен AluY, в регулаторния код на гена при предците на маймуните и хората.

Голяма изненада

Новото откритие се основава на процеса, при който генетичните инструкции се превръщат в протеини - молекулите, които изграждат структурите и сигналите на тялото. ДНК се "прочита" и се превръща в сходен материал в РНК и накрая в зрялата месинджър РНК (мРНК), която произвежда протеини.

Кредит: 2005 Lippincott Williams & Wilkins.

В ключовата стъпка, при която се произвежда мРНК, от кода се изрязват "разделителни", участъци, наречени интрони, но преди това се направлява зашиването (сплайсинга) само на участъците от ДНК, наречени екзони, които кодират окончателните инструкции.

Проста илюстрация на несплайсиран прекурсор на иРНК с два интрона и три екзона (отгоре). След като интроните са били отстранени чрез снаждане, зрялата иРНК последователност е готова за транслация (отдолу). Кредит: Wikimedia Commons

Освен това геномите на гръбначните животни са еволюирали така, че да се характеризират с алтернативен сплайсинг, при който един ген може да кодира повече от един белтък чрез пропускане или добавяне на екзонови последователности. Освен сплайсинга, човешкият геном е станал още по-сложен, еволюирайки към "безбройни" превключватели, част от слабо проучената "тъмна материя", която активира гените на различни нива в различните типове клетки.

Други изследвания показват, че половината от тази негенетична "тъмна материя" в човешкия геном, която се намира както между гените, така и в интроните, се състои от силно повтарящи се ДНК последователности. Освен това повечето от тези повторения се състоят от ретротранспозони, наричани още "прескачащи гени" или "подвижни елементи", които могат да се движат и да се вмъкват многократно и произволно в човешкия код.

Събирайки тези детайли, настоящото проучване установява, че вмъкването на интересуващия ни транспозон AluY, който влияе на дължината на опашката, възниква случайно в интрон в кода TBXT. Въпреки че не е променила кодиращата част, вмъкването в интрона, както показва изследователският екип, е повлияло на алтернативния сплайсинг, нещо невиждано досега, за да доведе до различни дължини на опашката.

Ся установява, че вмъкването на AluY, което остава на едно и също място в гена TBXT при хората и маймуните, води до производството на две форми на TBXT РНК. Едната от тях, според тяхната теория, пряко допринася за загубата на опашката.

"Това откритие е забележително, тъй като повечето човешки интрони носят копия на повтарящи се, прескачащи ДНК без никакъв ефект върху генната експресия, но тази конкретна AluY инсерция е направила нещо съвсем очевидно - определила е дължината на опашката", коментира Боке, директор на Института за системна генетика "Сол и Джудит Бергщайн" в NYU Langone Health.

Смята се, че загубата на опашка при групата примати, която включва горили, шимпанзета и хора, е настъпила преди около 25 милиона години, когато групата се е развила от маймуните от Стария свят, посочват авторите.

След това еволюционно разделение групата на маймуните, която включва съвременните хора, е развила формирането на по-малко опашни прешлени, което е довело до появата на опашната кост. Въпреки че причината за загубата на опашката е неясна, някои експерти предполагат, че тя може да е била по-непригодена за живот на земята, отколкото по дърветата.

Еволюционните биолози предполагат, че загубата на опашката е позволила на хората да станат двукраки според преглед от 2015 г. "Ние сме единственият документ, който някога е съставил правдоподобен сценарий за това как се е случило", отбелязва Янай.

Според изследователите обаче всяко предимство, свързано със загубата на опашката, вероятно е било силно, защото се е случило, въпреки че е имало цена. Гените често влияят на повече от една функция в организма, така че промените, които носят предимство на едно място, могат да бъдат вредни на друго. По-конкретно, изследователският екип открива малко увеличение на дефектите на невралната тръба при мишки с изследваното вмъкване в гена TBXT.

"Бъдещите експерименти ще проверят теорията, че в древен еволюционен компромис загубата на опашката при хората е допринесла за вродени дефекти на невралната тръба, като тези, свързани със спиналната бифида, които днес се наблюдават при едно на хиляда новородени при хора", коментира Янай, също от Института за системна генетика.

Справка: Itai Yanai, On the genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07095-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07095-8

Източник: Change in gene code may explain how human ancestors lost tails, NYU Langone Health

Още по темата

27/12/2023

Медицина

Древен генетичен нашественик обитава нашата ДНК и прави пакости

02/03/2023

Защо

Има ли маймуни със сини очи?

06/11/2017

Животът

Защо на гущерите израства нова опашка, обясниха учени

16/03/2015

Животът

В човешкия геном има 145 чужди гена