Neuron: зоны ускоренного развития в ДНК человека объясняются компенсаторной эволюцией
Фото: Anton Vaganov / Reuters
Ученые Института Гладстона (США) объяснили существование в геноме человека участков, которые быстро эволюционировали у первых Homo sapiens после тысячелетий стабильного существования у предковых видов. Эти зоны, называемые HAR, участвуют в развитии нервных тканей и могут быть связаны с возникновением психических заболеваний. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuron.
Зонами ускоренного развития у человека (англ. Human accelerated regions, HARs) называют участки человеческого генома, которые значительно отличаются от аналогичных участков у эволюционных предков человека. HAR находятся в некодирующей области генома, то есть они не содержат последовательности, в которых закодирована информация о структуре белка. По крайней мере 30 процентов HAR являются энхансерами — участками ДНК, которые связываются с транскрипционными факторами (TF), и стимулируют активность одного или нескольких генов.
Исследователи использовали машинное обучение, чтобы определить эффекты нуклеотидных замен в 2645 HAR. Оказалось, что 43 процента влияют на состояние хроматина, а 14 процентов — на активность энхансеров развития нервной системы. При этом нуклеотидные замены, оказывающие эффект на энхансерную активность, влияют на связывание транскрипционных факторов, присутствующих у обоих видов, а не компенсируют изменения, которые могли бы произойти в других участках генома.
Материалы по теме:
Вон отсюда!Опровергнута главная теория происхождения человека 17 апреля 2017
Тайна из грязиУченые разгадали величайший секрет древних обитателей Сибири1 февраля 2019
Исследователи ожидали, что все мутации в HAR человека изменяют активность энхансеров в одном направлении, либо усиливая, либо ослабляя ее, создавая большие различия между последовательностями человека и шимпанзе. Однако вместо этого они обнаружили, что варианты в одном и том же HAR имеют как положительные, так и отрицательные эффекты, то есть одни мутации увеличивают активность энхансера, а другие — снижают ее. Это указывает на то, что геном человека претерпел компенсаторную эволюцию.
Иными словами, типичный энхансер в HAR развивался следующим образом: изначально в нем происходили изменения, имеющие значительный эффект, который затем смягчался соседними мутациями. Это может объясняться тем, что большинство HAR с энхансерной активностью в клетках-предшественниках нейронов взаимодействует с генами развития нервной системы, и многие из них связаны с участками ДНК, влияющими на нейропсихические заболевания.
Предполагается, что изменения в человеческом мозге, обеспечивающие уникальные когнитивные способности, являются «ахиллесовыми пятами», которые также способствуют шизофрении и другим психическим расстройствам. Вполне вероятно, что эволюции HAR помогали две противоположно направленные силы: одни способствовали новым когнитивным признакам, другие противостояли неврологическим заболеваниям. Однако ученые отмечают, что истинная эволюционная траектория HAR сложнее этой гипотезы.
