L'evoluzione umana non era solo lo spartito, ma il modo in cui veniva suonato

May 09, 2023

DURHAM, Carolina del Nord — Un team di ricercatori della Duke ha identificato un gruppo di sequenze di DNA umano che guidano cambiamenti nello sviluppo del cervello, nella digestione e nel sistema immunitario che sembrano essersi evoluti rapidamente dopo che la nostra linea familiare si è divisa da quella degli scimpanzé, ma prima che ci dividessimo con gli Neanderthal.

Il nostro cervello è più grande e il nostro intestino è più corto di quello delle nostre scimmie simili.

"Molti dei tratti che consideriamo unicamente umani e specifici dell'uomo, probabilmente compaiono durante quel periodo di tempo", nei 7,5 milioni di anni trascorsi dalla separazione con l'antenato comune che condividiamo con lo scimpanzé, ha affermato Craig Lowe, PhD. , assistente professore di genetica molecolare e microbiologia alla Duke School of Medicine.

Nello specifico, le sequenze di DNA in questione, che i ricercatori hanno soprannominato Human Ancestor Quickly Evolved Regions (HAQERS), pronunciate come hacker, regolano i geni. Sono gli interruttori che dicono ai geni vicini quando accendersi e spegnersi.Appaiono i risultatinella rivista CELL.

La rapida evoluzione di queste regioni del genoma sembra essere servita a perfezionare il controllo normativo, ha affermato Lowe. Altri interruttori furono aggiunti al sistema operativo umano man mano che le sequenze si sviluppavano in regioni regolatrici, e furono messi a punto in modo più preciso per adattarsi agli stimoli ambientali o di sviluppo. Nel complesso, questi cambiamenti sono stati vantaggiosi per la nostra specie.

"Sembrano particolarmente specifici nel causare l'attivazione dei geni, pensiamo solo in alcuni tipi di cellule in determinati momenti dello sviluppo, o anche nei geni che si attivano quando l'ambiente cambia in qualche modo", ha detto Lowe.

Gran parte di questa innovazione genomica è stata riscontrata nello sviluppo del cervello e nel tratto gastrointestinale. "Vediamo molti elementi regolatori che si stanno attivando in questi tessuti", ha detto Lowe. "Questi sono i tessuti in cui gli esseri umani stanno perfezionando quali geni sono espressi e a quale livello."

Oggi il nostro cervello è più grande di quello delle altre scimmie e il nostro intestino è più corto. "Le persone hanno ipotizzato che questi due siano addirittura collegati, perché sono due tessuti metabolici davvero costosi da avere a portata di mano", ha detto Lowe. "Penso che quello che stiamo vedendo è che non c'è stata davvero una mutazione che ha dato un cervello grande e una mutazione che ha davvero colpito l'intestino, probabilmente sono stati molti di questi piccoli cambiamenti nel tempo."

Per produrre le nuove scoperte, il laboratorio di Lowe ha collaborato con i colleghi della Duke Tim Reddy, professore associato di biostatistica e bioinformatica, e Debra Silver, professore associato di genetica molecolare e microbiologia, per sfruttare la loro esperienza. Il laboratorio di Reddy è in grado di esaminare milioni di interruttori genetici contemporaneamente e Silver sta osservando gli interruttori in azione nello sviluppo del cervello dei topi.

"Il nostro contributo è stato che, se fossimo riusciti a riunire entrambe le tecnologie, avremmo potuto osservare centinaia di interruttori in questo tipo di tessuto in via di sviluppo complesso, che non è possibile ottenere da una linea cellulare", ha affermato Lowe.

"Volevamo identificare interruttori totalmente nuovi negli esseri umani", ha detto Lowe. Dal punto di vista computazionale, sono stati in grado di dedurre come sarebbe stato il DNA dell'antenato umano-scimpanzé, così come i lignaggi estinti di Neanderthal e Denisovan. I ricercatori sono stati in grado di confrontare le sequenze del genoma di questi altri parenti post-scimpanzé grazie ai database creati dal lavoro pionieristico del premio Nobel 2022 Svante Pääbo.

"Quindi conosciamo la sequenza di Neanderthal, ma testiamo quella sequenza di Neanderthal e vediamo se può davvero attivare i geni o no", cosa che hanno fatto dozzine di volte.

"E abbiamo dimostrato che, whoa, questo è davvero un interruttore che accende e spegne i geni", ha detto Lowe. "È stato davvero divertente vedere che la nuova regolazione genetica proveniva da interruttori totalmente nuovi, piuttosto che semplicemente da una sorta di ricablaggio di interruttori già esistenti."

Oltre ai tratti positivi che gli HAQER hanno conferito agli esseri umani, possono anche essere implicati in alcune malattie.

La maggior parte di noi ha sequenze HAQER notevolmente simili, ma ci sono alcune variazioni, "e siamo stati in grado di dimostrare che tali varianti tendono a correlarsi con alcune malattie", ha detto Lowe, vale a dire ipertensione, neuroblastoma, depressione unipolare, depressione bipolare e schizofrenia. I meccanismi d'azione non sono ancora noti e sarà necessario svolgere ulteriori ricerche in queste aree, ha affermato Lowe.