Die menschliche Evolution bestand nicht nur aus den Noten, sondern auch aus der Art und Weise, wie sie gespielt wurden

May 09, 2023

DURHAM, NC – Ein Team von Duke-Forschern hat eine Gruppe menschlicher DNA-Sequenzen identifiziert, die Veränderungen in der Gehirnentwicklung, der Verdauung und der Immunität vorantreiben und sich offenbar schnell entwickelt haben, nachdem sich unsere Familienlinie von der der Schimpansen getrennt hat, aber bevor wir uns von ihnen trennten Neandertaler.

Unsere Gehirne sind größer und unsere Eingeweide kürzer als die unserer Affenkollegen.

„Viele der Merkmale, die wir für einzigartig und menschenspezifisch halten, treten wahrscheinlich in dieser Zeitspanne auf“, in den 7,5 Millionen Jahren seit der Trennung von dem gemeinsamen Vorfahren, den wir mit dem Schimpansen teilen, sagte Dr. Craig Lowe , Assistenzprofessor für Molekulargenetik und Mikrobiologie an der Duke School of Medicine.

Konkret handelt es sich um die betreffenden DNA-Sequenzen, die die Forscher als „Human Ancestor Quickly Evolved Regions“ (HAQERS) bezeichnen, ausgesprochen wie Hacker, und die Gene regulieren. Sie sind die Schalter, die benachbarten Genen mitteilen, wann sie ein- und ausgeschaltet werden sollen.Die Erkenntnisse erscheinenin der Zeitschrift CELL.

Die schnelle Entwicklung dieser Regionen des Genoms scheint einer Feinabstimmung der regulatorischen Kontrolle gedient zu haben, sagte Lowe. Als sich Sequenzen zu regulatorischen Regionen entwickelten, wurden dem menschlichen Betriebssystem weitere Schalter hinzugefügt und sie wurden feiner abgestimmt, um sich an Umwelt- oder Entwicklungsreize anzupassen. Im Großen und Ganzen waren diese Veränderungen für unsere Spezies von Vorteil.

„Sie scheinen besonders spezifisch dafür zu sein, dass Gene sich einschalten, wir denken, nur in bestimmten Zelltypen zu bestimmten Zeitpunkten der Entwicklung, oder sogar bei Genen, die sich einschalten, wenn sich die Umgebung auf irgendeine Weise ändert“, sagte Lowe.

Ein Großteil dieser genomischen Innovation wurde in der Gehirnentwicklung und im Magen-Darm-Trakt gefunden. „Wir sehen viele regulatorische Elemente, die in diesen Geweben aktiviert werden“, sagte Lowe. „Dies sind die Gewebe, in denen der Mensch verfeinert, welche Gene auf welchem ​​Niveau exprimiert werden.“

Heute sind unsere Gehirne größer als bei anderen Affen und unsere Eingeweide kürzer. „Man hat die Hypothese aufgestellt, dass diese beiden sogar miteinander verbunden sind, weil es sich um zwei wirklich teure Stoffwechselgewebe handelt“, sagte Lowe. „Ich denke, was wir sehen, ist, dass es nicht wirklich eine Mutation gab, die einem ein großes Gehirn verlieh, und eine Mutation, die wirklich den Magen traf, sondern wahrscheinlich viele dieser kleinen Veränderungen im Laufe der Zeit.“

Um die neuen Erkenntnisse zu gewinnen, arbeitete Lowes Labor mit den Duke-Kollegen Tim Reddy, einem außerordentlichen Professor für Biostatistik und Bioinformatik, und Debra Silver, einer außerordentlichen Professorin für Molekulargenetik und Mikrobiologie, zusammen, um deren Fachwissen zu nutzen. Reddys Labor ist in der Lage, Millionen genetischer Schalter gleichzeitig zu untersuchen, und Silver beobachtet Schalter in der Entwicklung von Mausgehirnen in Aktion.

„Unser Beitrag bestand darin, dass wir, wenn wir diese beiden Technologien zusammenbringen könnten, Hunderte von Schaltern in dieser Art von komplexem, sich entwickelndem Gewebe untersuchen könnten, was man von einer Zelllinie nicht wirklich erreichen kann“, sagte Lowe.

„Wir wollten Schalter identifizieren, die beim Menschen völlig neu waren“, sagte Lowe. Mithilfe von Computern konnten sie ableiten, wie die DNA des Vorfahren Mensch und Schimpanse sowie der ausgestorbenen Abstammungslinien der Neandertaler und Denisovaner ausgesehen haben könnte. Die Forscher konnten die Genomsequenzen dieser anderen Post-Schimpansen-Verwandten dank Datenbanken vergleichen, die auf der Grundlage der Pionierarbeit des Nobelpreisträgers von 2022, Svante Pääbo, erstellt wurden.

„Wir kennen also die Neandertaler-Sequenz, aber testen wir diese Neandertaler-Sequenz und sehen, ob sie wirklich Gene aktivieren kann oder nicht“, was sie Dutzende Male taten.

„Und wir haben gezeigt, dass es sich tatsächlich um einen Schalter handelt, der Gene ein- und ausschaltet“, sagte Lowe. „Es hat wirklich Spaß gemacht zu sehen, dass die neue Genregulation von völlig neuen Schaltern ausgeht und nicht nur von der Neuverkabelung bereits vorhandener Schalter.“

Neben den positiven Eigenschaften, die HAQERs dem Menschen verleihen, können sie auch an einigen Krankheiten beteiligt sein.

Die meisten von uns haben bemerkenswert ähnliche HAQER-Sequenzen, aber es gibt einige Abweichungen, „und wir konnten zeigen, dass diese Varianten dazu neigen, mit bestimmten Krankheiten zu korrelieren“, sagte Lowe, nämlich Bluthochdruck, Neuroblastom, unipolare Depression, bipolare Depression und Schizophrenie. Die Wirkmechanismen seien noch nicht bekannt und in diesen Bereichen müsse noch mehr Forschung betrieben werden, sagte Lowe.

„Vielleicht werden menschenspezifische Krankheiten oder menschenspezifische Anfälligkeiten für diese Krankheiten bevorzugt auf diese neuen genetischen Schalter zurückgeführt, die nur beim Menschen existieren“, sagte Lowe.

– Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der Duke University veröffentlicht