В последнем выпуске Philosophical Transactions of the Royal Society B исследователи из лаборатории исследователя Гладстона Кэтрин Поллард, доктора философии, используют новейшие инструменты секвенирования и биоинформатики, чтобы найти области генома, которые определяют развитие характеристик человека. Эти результаты предлагают новые ключи к разгадке того, как активация одинаковых участков ДНК, общих для двух видов, иногда может приводить к совершенно разным результатам.«Достижения в области секвенирования ДНК и суперкомпьютеров дали нам возможность понять эволюцию на таком уровне детализации, который всего несколько лет назад был бы невозможен», — сказал д-р Поллард, который также является профессором эпидемиологии и биостатистики в Университете Калифорния, Институт генетики человека Сан-Франциско (UCSF). «В этом исследовании мы обнаружили участки ДНК, которые эволюционировали намного быстрее, чем другие.
Мы считаем, что эти быстро развивающиеся участки имели решающее значение для того, чтобы наши человеческие предки стали отличаться от наших ближайших родственников приматов».Эти участки называются ускоренными областями человека, или HAR, так называемыми, потому что они мутируют с относительно быстрой скоростью.
Кроме того, похоже, что большинство HAR не кодируют определенные гены. Исследовательская группа предположила, что HAR вместо этого действуют как «энхансеры», контролируя, когда и как долго определенные гены включаются во время эмбрионального развития.
С помощью экспериментов на моделях эмбриональных животных в сочетании с мощным компьютерным анализом геномики исследовательская группа определила более 2600 HAR. Затем они создали программу под названием EnhancerFinder, чтобы сократить этот список до тех HAR, которые, вероятно, были усилителями.«EnhancerFinder — это алгоритм машинного обучения, который принимает основную генетическую информацию — последовательность HAR, известные эволюционные паттерны, другие данные функциональной геномики — и возвращает прогноз функции этой HAR», — пояснил Тони Капра, доктор философии, ведущий автор исследования. . «Используя этот подход, мы предсказали, что почти восемьсот HAR действуют как энхансеры в определенный момент во время эмбрионального развития.
Подтвердив это предсказание для нескольких десятков HAR, нашей следующей целью было выяснить, усиливает ли какой-либо из этих HAR паттерны активации генов, которые были уникальными. человек."Дополнительный анализ выявил пять таких HAR, которые были активны в геномах как человека, так и шимпанзе, но которые активировали гены в различных эмбриональных областях.
Например, человеческие версии HAR 2xHAR.164 и 2xHAR.170 активны в области мозга между средним и задним мозгом, тогда как версии шимпанзе — нет. Это так называемое «усиление функции» этих двух HAR у человеческих эмбрионов может указывать на различия в развитии ключевых областей мозга, таких как мозжечок, который, как известно, регулирует не только моторный контроль, но также может регулировать высшие когнитивные функции, такие как как язык, страх и удовольствие.
«Эти результаты, хотя и предварительные, дают беспрецедентное представление о том, как недавние изменения в геноме человека изменили генетические программы, контролирующие эмбриональное развитие, и потенциально могут дать другие результаты», — сказал доктор Капра. «Мы ожидаем, что если мы посмотрим на активность HAR, которые являются энхансерами на более поздних стадиях развития, мы увидим еще больше различий между людьми и шимпанзе».«Прошло 10 лет с тех пор, как проект« Геном человека »был объявлен« завершенным », но объем геномных знаний, которые мы накопили с тех пор — в значительной степени благодаря достижениям в биоинформатике и суперкомпьютерах — катапультировал нас далеко за пределы того, что мы думали мы знали, — добавил доктор Поллард. «Я уверен, что, продолжая углубляться в такие важные регионы, как HAR, мы еще больше приблизимся к ответу на вопрос: что делает нас людьми?»