Во главе с вычислительным биологом Кэти Поллард, директором Института данных и биотехнологии Гладстона в США, группа исследователей обнаружила HAR почти два десятилетия назад, сравнивая геномы человека и шимпанзе.
Исследование было опубликовано в Science.
В новом исследовании команда Полларда обнаружила , что трехмерное сворачивание ДНК человека в ядре является ключевым фактором в этот ключевой момент для нашего вида. Ученые установили, что большая разница между ДНК человека и шимпанзе структурна: большие куски строительных блоков ДНК были вставлены, удалены или перегруппированы в геноме человека. Следовательно, ДНК человека в ядре сворачивается иначе, чем ДНК других приматов.
Команда Полларда исследовала, могли ли эти структурные изменения в ДНК человека и его измененное трехмерное свертывание привести к «похищению» определенных генов в пределах HAR, связывая их с другими генами, кодирующими белки, чем они первоначально применялись. Многие гены в пределах HAR связаны с другими генами, действуя как энхансеры (т.е. они увеличивают транскрипцию своего связанного гена/ов).
"Энхансеры могут влиять на активность любого гена, который находится рядом, что может изменяться в зависимости от способа свертывания ДНК", - сказала Поллард.
В исследовании, опубликованном в начале этого года, команда Полларда создала модель, которая предполагает, что быстрые вариации HAR у ранних людей часто противостояли друг другу, изменяя активность энхансера вверх и вниз в генетической настройке – модель поддерживается их новые исследования.
В своем последнем исследовании команда сравнила геномы 241 вида млекопитающих с помощью машинного обучения, чтобы справиться с большим количеством данных. 312 HAR были идентифицированы и исследованы исследователями для определения их местоположения в трехмерных "районах" свернутой ДНК. Около 30% HAR находятся в областях ДНК, где структурные вариации вызывают иное свертывание генома у людей в сравнении с другими приматами.
Команда также выяснила, что окрестности, содержащие HAR, содержат гены, отличающие людей от шимпанзе - наших ближайших родственников. В эксперименте, в котором сравнивалась ДНК в растущих стволовых клетках человека и шимпанзе, одна треть идентифицированных HAR была транскрибирована при развитии неокортекса человека.
Многие HAR играют важную роль в развитии эмбриона, особенно в формировании нейронных путей, связанных с интеллектом, чтением, социальными навыками, памятью, вниманием и фокусом, что является отличительными чертами людей в сравнении с другими животными. Эти гены-энхансеры в HAR, неизменные в течение миллионов лет, возможно, должны были адаптироваться к разным целевым генам и регуляторным доменам.
"Представьте себе, что вы являетесь энхансером, контролирующим уровень гормонов в крови, а затем ДНК сворачивается по-новому, и вы должны регулировать уровень химических веществ в мозге, а не в крови", - сказала Поллард.
Пока еще не до конца понятно, как именно эти изменения влияют на специфические аспекты развития человеческого мозга и как они стали частью нашей ДНК. Однако, Поллард и ее коллеги намерены продолжить изучение этих вопросов. Их исследования подчеркивают уникальность и маловероятность эволюции человеческого мозга.
Читайте также: названы четыре привычки, которые разрушают мозг.