Разновидность гена указывающая на эволюционное наследие голода

МЕНЮ


Главная страница
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


Редкий во всем мире вариант рецептора гормона роста, встречающийся у денисовцев и неандертальцев, возможно, помогал нашим предкам выживать в периоды отсутствия пищи, утверждает новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances.

Реконструируя эволюционную историю конкретного варианта гена рецептора гормона роста (GHR) - так называемого варианта GHRd3, который определяется делецией третьего экзона гена - исследователи обнаружили, что его частота резко снизилась около 40 000 лет назад. Последующие эксперименты на мышах указали на потенциальное объяснение причины: оказалось, что делеция ограничивает размеры самцов животных, когда их кормят диетой с ограничением калорий. Такое ограничение роста может помочь самцам пережить худые времена, но ограничить их репродуктивный успех во времена изобилия.

"Эта статья интересна тем, что она иллюстрирует возможности сочетания эволюционного анализа современных и древних геномов с углубленной молекулярной характеристикой эффектов генетических вариантов", - пишет Тони Капра, специалист по эволюционной и вычислительной геномике из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, в электронном письме The Scientist. "Я считаю, что выявленная здесь контекстно-зависимая сложность эффектов варианта GHRd3 (с точки зрения пола и окружающей среды), скорее всего, является общей. Мы просто не смогли так подробно изучить молекулярные эффекты других вариантов с доказательствами недавнего отбора".

В предыдущей работе Омер Гёккумен, эволюционный биолог из Университета Буффало, и его коллеги просканировали геномы неандертальцев, денисовцев, древних и современных Homo sapiens на предмет наличия общих структурных вариантов генов (например, делеций) с целью найти те, которые "скрывались с тех пор, как мы были Homo erectus", - говорит Гёккумен. Одним из таких вариантов был GHRd3, поэтому в новом исследовании они углубились в его эволюционную историю и потенциальную функцию, чтобы понять, почему он мог сохраняться так долго.

Первоначально исследователи предположили, что этот вариант мог сохраняться благодаря явлению, называемому гетерозиготным преимуществом, когда люди, несущие обе версии гена (гетерозиготные), имеют преимущество перед людьми, несущими дубликаты одной версии (гомозиготные). Известным примером этого является серповидно-клеточный аллель, который защищает гетерозиготных носителей от некоторых форм малярии. Но это не соответствует реконструированной эволюционной истории GHRd3. Вместо того чтобы поддерживаться на стабильном уровне на протяжении всей истории человечества, GHRd3 стал доминирующим аллелем рецептора гормона роста у древних людей примерно 1-2 миллиона лет назад, и оставался таким в течение очень долгого времени, до 30-40 тысяч лет назад, когда его частота быстро снизилась в большей части мира, что свидетельствует об изменении давления отбора. "Это было очень интересно, потому что редко можно увидеть отбор на человеческие вариации, - объясняет Гёккумен.

В связи с этим возникает вопрос: Почему делеция внезапно стала в значительной степени неблагоприятной в верхнем палеолите, после того как до этого она казалась благоприятной? В литературе GHRd3 связывают с меньшим размером при рождении, ранним началом полового созревания и увеличением продолжительности жизни - черты, которые, по наблюдениям Гёккумена, также связаны с явлением, связанным с голоданием, известным как "догоняющий рост", когда рост в более позднем возрасте компенсирует меньший вес и размер при рождении из-за недоедания.

Команда решила более подробно изучить потенциальную роль GHRd3 в устойчивости к голоду, изучив частоту делеции среди детей в Малави, которые пережили недоедание. Делеция реже встречалась у детей, у которых наблюдалась более тяжелая реакция на недоедание, называемая квашиоркор, включающая отеки, потерю мышечной массы и увеличенный живот, чем у детей с менее тяжелой реакцией. "Другими словами, делеция, по-видимому, защищает от этого конкретного метаболического синдрома", - говорит Гёккумен.

Для дальнейшего изучения связи между последствиями недоедания и GHRd3 команда использовала CRISPR-Cas9 для удаления третьего экзона из мышиной версии гена, создав мышиную модель этого варианта гена. Это выявило половые различия: когда самцов мышей, несущих делецию, кормили диетой с ограничением калорий, они в итоге весили столько же, сколько их самки, в то время как у мышей дикого типа самцы всегда были крупнее самок (делеция не влияла на вес самок). "Эта делеция может быть полезной, особенно для самцов, чтобы выжить в условиях ограниченных ресурсов", - говорит Гёккумен.

Эффект делеции, зависящий от пола, не так уж удивителен, поскольку существуют зависящие от пола различия в экспрессии генов GHR в печени - месте, где рецептор гормона роста высоко экспрессируется. В то время как самцы мышей обычно демонстрируют циклическую суточную экспрессию GHR, у самок она стабильна. В ходе исследования самки мышей демонстрировали стабильную экспрессию GHR в течение дня независимо от того, какой аллель они носили. Однако циклическая суточная экспрессия GHR, обычно наблюдаемая у мышей-самцов, была ослаблена у мышей с делецией. А ниже по течению от измененной экспрессии GHR исследователи обнаружили несколько генов, которые по-разному экспрессировались у самцов с делецией экзона и без нее.

"Похоже, что самцы мышей с делецией, ограниченные в калориях, в конечном итоге экспрессируют в печени транскриптом, похожий на женский, что, в свою очередь, как мы полагаем, приводит к отсутствию полового диморфизма в размерах", - пишет Гёккумен в своем письме в The Scientist.

Связывая эти результаты с эволюционной историей GHRd3, Гёккумен говорит, что самцам может быть выгодно быть меньше в условиях ограниченных ресурсов, но когда ресурсы в изобилии, более крупный размер может помочь обеспечить себе спаривание. Таким образом, делеция "может быть вредной для приспособленности, если голод не является большой проблемой", - пишет Гёккумен. Гёккумен и его коллеги предполагают, что древние люди и неандертальцы могли чаще сталкиваться с голодом, а с изобретением инструментов, которые увеличили гибкость их рациона, ограниченность ресурсов стала менее важной между 70 000 и 30 000 лет назад, что совпало с уменьшением количества GHRd3.

Хотя эта идея создает связную историю, она оставляет некоторые моменты, связанные с GHRd3, необъясненными, говорит генетик Хайфского университета и Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна Гил Ацмон, который исследовал GHRd3. А именно, существующие географические различия в частоте встречаемости: в некоторых африканских популяциях аллель несут почти 50% населения, в то время как в популяциях Восточной Азии он встречается гораздо реже. "Изобретение инструментов ... должно было [повлиять] на мир равномерно, более или менее, а не так, как мы видим [в статье] больше в Китае и меньше в Африке", - пишет Атцмон в электронном письме. Капра согласен с этим, написав, что "динамика и потенциальные факторы снижения частоты со временем и географией требуют дальнейшего изучения".


Источник: www.the-scientist.com

Комментарии: