Як люди отримали новий ген, який робить наш мозок більшим

Більше/Для створення більшого мозку потрібні нові гени, а не навчання. Студія OsakaWayne

На рівні ДНК люди мало чим відрізняються від наших найближчих родичів: шимпанзе та бонобо. На ділянках ДНК, які вибудовуються, послідовності людини та шимпанзе більш ніж на 90% ідентичні. І, здебільшого, ДНК узгоджується з генами; існує дуже мало генів, специфічних для людини чи шимпанзе.

Це означає, що більша частина уваги до розуміння еволюції людини зосереджена на невеликих змінах, які можуть змінювати час або кількість активних генів і, отже, мати ефект, не пропорційний кількості модифікованих основ.

Але це не означає, що нові гени не мають відношення до еволюції людини. Стаття, опублікована цього тижня, досліджує, як еволюціонував клас нових генів після нашого розлучення з нашими мавпячими батьками. Отримавши уявлення про еволюцію цього класу, команда дослідників дослідила один із цих нещодавно розвинених генів і виявила, що він відіграє ключову роль у створенні більшого мозку.

Від РНК до білків

Більшість генів, про які ми говоримо, кодують білки. Інформація, що міститься в ДНК, транскрибується в інформаційну РНК, яка потім транслюється в білок. Якщо білок не виробляється, то ген нічого не робить. Але ми вже майже 70 років знаємо, що це не єдиний варіант. Ряд генів, які транскрибуються в РНК, не транслюються в білки. Натомість РНК виконує критично важливу функцію.

З моменту відкриття першої з цих функціональних РНК у 1950-х роках їх список постійно зростав, і тепер існує багато класів функціональних РНК, які не кодують білки. Вони роблять усе: від зміни активності генів, що кодують білки, до збереження кінців хромосом і сплайсингу невикористаних частин інформаційної РНК.

Одним із таких класів є довгі некодуючі РНК, або lncRNA. Вони, як правило, починаються так само, як матричні РНК, оскільки частини вихідної РНК зрощені разом, а на обох кінцях розміщуються спеціальні кришки, щоб ускладнити їх розщеплення. Але замість того, щоб бути відправленими для трансляції в білки, lncRNAs залишаються в ядрі клітини з її ДНК, де вони використовуються для контролю активності інших генів.

Однак дослідження нових видових генів показали, що відмінності між lncRNA та матричними РНК іноді зникають під час еволюції. Було показано, що ряд генів, що кодують білки в одному виді, не кодують нічого у споріднених видів і замість цього функціонують там як lncRNA. Це свідчить про те, що мутації перетворили деякі гени lncRNA на гени, що кодують білки.

Нова робота зосереджена на тому, щоб визначити, чи є це фактором еволюції людини. Використовуючи загальнодоступні бази даних геномів, дослідники порівняли геноми більш віддалених людей, шимпанзе та макак. Вони виявили 29 випадків, коли lncRNAs еволюціонували в гени, що кодують білки, після того як предки людей і шимпанзе відокремилися від макак. Ще 45 генів пройшли через цей процес відтоді, як люди відокремилися від предків шимпанзе та бонобо.

Маючи їх у руках, дослідники запитали, чим відрізняються ці новоутворені гени.

Експортний контроль

Одна з речей, яку вони виявили, не була несподіваною: ключовим кроком був експорт цих РНК із ядра туди, де їх можна було транслювати. Більшість lncRNA з'являються поза ядром на низьких рівнях, що свідчить про те, що контроль їхньої локалізації не є ідеальним. Але ті, які набули функції кодування білків, перебували поза ядром на набагато вищих рівнях. Схоже, це пов’язано з слабшим зв’язком із комплексом, який відокремлює невикористані сегменти РНК від інформаційних РНК.

Інша річ змінилася, коли lncRNAs стали генами, що кодують білок: їх роль у генетичних мережах. Багато генів, які беруть участь у подібних процесах, мають тенденцію до скоординованої діяльності - усі вони вмикаються або вимикаються одночасно. Ці мережі можуть включати суміш lncRNA і генів, що кодують білки.

Коли ці lncRNA еволюціонували в нові гени, вони фактично від’єдналися від мереж, частиною яких вони були. І це має сенс – білки, які вони виробляють, навряд чи виконуватимуть ту саму функцію, що й ln...