Исследователи швейцарского университета биоинформатики (SIB) совместно с Университетом Луизианы разработали новый подход, определяющий адаптивные специфические изменения в способе регуляции генов в мозге человека. Полученные результаты открывают новые возможности для изучения теории эволюции, биологии развития и нейробиологии.
Фото: Reuters
Фото: Reuters
Ученые выдвинули теорию, согласно которой за отличие человека от обезьяны больше отвечает регуляция генов, нежели последовательность ДНК. Она показывает, когда и как сильно гены проявились. Ранее не удавалось точно определить регуляторные элементы, которые позитивно отбираются, так как они часто имеют длину в несколько нуклеотидов, что делает оценку темпа их ускорения сложной с точки зрения статистики (изменения едва заметны и их сложно выявить).
«Чтобы решить эту проблему, нужно научиться идентифицировать части генома, подвергшиеся положительному отбору. Полученный результат послужит решением для некоторых эволюционных вопросов и поможет биомедицинским исследованиям, поскольку предлагает механистический взгляд на функционирование генов»,— утверждает Марк Робинсон-Речави, руководитель группы в SIB.
При помощи нового метода ученые обнаружили большой набор регуляторных областей генов в мозге, отобранных в ходе эволюции человека. Для подтверждения гипотезы они объединили модели машинного обучения с экспериментальными данными о том, насколько сильно участвующие в регуляции генов белки связываются со своими регуляторными последовательностями в различных тканях, а затем провели эволюционные сравнения между человеком, шимпанзе и гориллой.
Большинство случайных генетических мутаций не приносят организму пользу или вред: они накапливаются с постоянной скоростью, отражающей количество времени, прошедшего с тех пор, как два живых вида имели общего предка. Увеличение этого темпа в определенной части генома может отражать положительную мутацию, которая помогает организму выжить и размножаться, из-за чего повышается вероятность передачи мутации будущим поколениям.
По мнению ведущего автора исследования Лю Цзялиня, их работа показывает, что в сравнении с сердцем и желудком мозг человека прошел через особенно высокий уровень положительного отбора. Это открывает для ученых возможность найти части генома, отвечающие за эволюцию когнитивных способностей человека.
«Теперь мы знаем, какие из положительно отобранных областей контролируют проявление генов в человеческом мозге. Чем больше мы узнаем о генах, которыми они управляют, тем больше познаем эволюцию и увеличиваем возможность для дальнейших действий в соответствии с новыми познаниями»,— считает Марк Робинсон-Речави.
По материалам Jialin Liu, Marc Robinson-Rechavi. Robust Inference of Positive Selection on Regulatory Sequences in the Human Brain. Science Advances, 2020; 6 (48). eabc9863 DOI: 10.1126/sciadv.abc9863