Gehirn, Darm und Immunsystem nach Trennung vom gemeinsamen Schimpansen-Vorfahren optimiert – ScienceDaily

Ein Team von Duke-Forschern hat eine Gruppe menschlicher DNA-Sequenzen identifiziert, die Veränderungen in der Gehirnentwicklung, Verdauung und Immunität verursachen, die sich anscheinend schnell entwickelt haben, nachdem sich unsere Familie von der Schimpansen-Linie getrennt hat, aber bevor wir uns von den Neandertalern getrennt haben.

Unser Gehirn ist größer und unsere Eingeweide sind kürzer als die unserer Affen.

“Viele der Eigenschaften, die wir für einzigartig menschlich und charakteristisch für Menschen halten, treten wahrscheinlich in dieser Zeit auf”, sagte Craig Lowe, Ph.D. .D., außerordentlicher Professor für Molekulargenetik und Mikrobiologie an der Duke School of Medicine.

Insbesondere die betreffenden DNA-Sequenzen, die die Forscher Human Ancestor Quickly Evolved Regions (HAQERS) nannten, ausgesprochene Hacker, regulieren Gene. Dies sind Schalter, die Genen in der Nähe mitteilen, wann sie ein- und ausschalten sollen. Die Ergebnisse wurden am 23. November in der Zeitschrift veröffentlicht Bienenwabe.

Die schnelle Entwicklung dieser Regionen des Genoms scheint der Feinabstimmung der regulatorischen Kontrolle gedient zu haben, sagte Lowe. Weitere Schalter wurden dem menschlichen Betriebssystem hinzugefügt, da sich Sequenzen zu regulatorischen Regionen entwickelt haben, und sie wurden fein abgestimmt, um sich an Umwelt- oder Entwicklungsfaktoren anzupassen. Insgesamt waren diese Veränderungen für unsere Spezies von Vorteil.

„Sie scheinen besonders spezifisch dafür zu sein, Gene zum Einschalten zu bringen, von denen wir glauben, dass sie nur in bestimmten Zelltypen zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Entwicklung vorhanden sind, oder sogar Gene, die sich einschalten, wenn sich die Umgebung auf eine bestimmte Weise verändert“, sagte Lowe.

Ein Großteil dieser genomischen Innovation wurde in der Entwicklung des Gehirns und des Magen-Darm-Trakts gefunden. “Wir sehen viele regulatorische Elemente, die in diesen Geweben aktiviert werden”, sagte Lowe. “Dies sind die Gewebe, in denen Menschen verfeinern, welche Gene exprimiert werden und auf welcher Ebene.”

Heute sind unsere Gehirne größer als die anderer Menschenaffen und unsere Eingeweide kürzer. “Die Leute haben die Hypothese aufgestellt, dass diese beiden Substanzen sogar verwandt sind, weil sie zwei sehr teure Stoffwechselgewebe sind”, sagte Lowe. „Ich denke, was wir sehen, ist, dass es nicht wirklich eine Mutation gab, die Ihnen ein großes Gehirn verlieh, und eine Mutation, die wirklich den Bauch traf, es sind wahrscheinlich viele dieser kleinen Veränderungen im Laufe der Zeit.“

Um die neuen Erkenntnisse zu erhalten, arbeitete Lowes Labor mit den Kollegen von Duke, Tim Reddy, außerordentlicher Professor für Biostatistik und Bioinformatik, und Debra Silver, außerordentlicher Professor für Molekulargenetik und Mikrobiologie, zusammen, um deren Fachwissen zu nutzen. Reddys Labor ist in der Lage, Millionen von genetischen Schaltern gleichzeitig zu untersuchen, und Silver beobachtet, wie die Schalter bei der Gehirnentwicklung von Mäusen funktionieren.

„Unser Beitrag war, dass wir, wenn wir diese beiden Technologien kombinieren könnten, Hunderte von Schaltern in einem so komplexen sich entwickelnden Gewebe sehen könnten, das man nicht wirklich aus einer Zelllinie bekommen kann“, sagte Lowe.

“Wir wollten Schalter identifizieren, die für die Menschen völlig neu waren”, sagte Lowe. Mithilfe von Berechnungen konnten sie auf die DNA der Vorfahren des Menschenschimpansen sowie der ausgestorbenen Neandertaler und Denisova-Menschen schließen. Dank Datenbanken, die auf der bahnbrechenden Arbeit des Nobelpreisträgers von 2022, Svante Pääbo, aufbauen, konnten die Forscher die Genomsequenzen dieser anderen Verwandten nach dem Schimpansen vergleichen.

„Wir kennen also die Neandertaler-Sequenz, aber lasst uns diese Neandertaler-Sequenz testen und sehen, ob sie tatsächlich Gene anschalten kann oder nicht“, was sie Dutzende Male getan haben.

„Und wir haben gezeigt, dass dies tatsächlich ein Schalter ist, der Gene ein- und ausschaltet“, sagte Lowe. „Es war sehr interessant zu sehen, dass die neue Genregulation von völlig neuen Schaltern kam, nicht nur von Schaltern, die schon da waren.“

Neben den positiven Eigenschaften, mit denen HAQER Menschen ausgestattet hat, können sie auch an einigen Krankheiten beteiligt sein.

Die meisten von uns haben bemerkenswert ähnliche HAQER-Sequenzen, aber es gibt einige Unterschiede, „und wir konnten zeigen, dass diese Varianten dazu neigen, mit bestimmten Krankheiten zu korrelieren“, sagte Lowe, nämlich Bluthochdruck, Neuroblastom, unipolare Depression, bipolare Depression und Schizophrenie Die Wirkungsmechanismen seien noch nicht bekannt, und in diesen Bereichen werde weitere Forschung erforderlich sein, sagte Lowe.

“Vielleicht werden bestimmte menschliche Krankheiten oder eine spezifische menschliche Anfälligkeit für diese Krankheiten bevorzugt diesen neuen genetischen Schaltern zugeschrieben, die nur beim Menschen existieren”, sagte Lowe.

Die Forschung wurde vom National Human Genome Research Institute – NIH (R35-HG011332), dem North Carolina Biotechnology Center (2016-IDG-1013, 2020-IIG-2109), Sigma Xi, dem Triangle Center for Evolutionary Medicine und Duke unterstützt . Whitehead-Stipendium.

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