Výskum naznačuje, že pozorovaný genetický variant, ktorý ovplyvňuje reguláciu zinku, by mohol naznačovať evolučnú výhodu v adaptácii našich predkov na chlad.

Približne pred 60 000 rokmi sa moderní ľudia vydali na migráciu z Afriky, migráciu často označovanú ako udalosť „Out of Africa“. Po príchode do Ázie sa títo ľudia stretli s Denisovanmi. Toto stretnutie pravdepodobne viedlo k zmesi konfliktov a spolupráce, ale aj k rôznym hybridizáciám. V skutočnosti si aj dnes moderní ľudia uchovávajú genetické varianty denisovského pôvodu v našom genóme, čo svedčí o týchto počiatočných interakciách.

Teraz tím pod vedením Inštitútu evolučnej biológie (IBE), spoločného centra Španielskej národnej rady pre výskum (CSIC), Univerzity Pompeu Fabra (UPF) a Katedry medicíny a biologických vied (MELIS) ​​​​UPF , dospel k záveru. Identifikovaná jedna z najrozšírenejších stôp genetického dedičstva vyhynutých denisovanských druhov u moderných ľudí. Tím Eleny Boschovej, hlavnej výskumníčky v IBE, a Rubéna Vicenteho, hlavného výskumníka MELIS-UPF, zistil, že táto genetická adaptácia pomohla skupinám predkov Ten múdry Aby sa prispôsobili chladu.

Pozorovaný variant, ktorý sa podieľa na regulácii zinku a má úlohu v bunkovom metabolizme, by mohol byť tiež dôvodom, ktorý predisponuje moderného človeka k psychiatrickým poruchám, ako je depresia alebo schizofrénia.

Genetická variácia v regulácii zinku mohla znamenať evolučnú výhodu

O tom, ako adaptácia formuje súčasnú genetickú variáciu v ľudských populáciách, je veľký záujem v evolučnej genetike.

Na základe tejto otázky tím Eleny Boschovej identifikoval adaptívny variant medzi súčasnými ľudskými skupinami v oblasti nášho genómu, ktorý sa veľmi podobá genómu vyhynutej skupiny predkov: Denisovanov.

Geografické rozloženie identifikovanej substitúcie v géne SLC30A9 v súčasných ľudských populáciách a možné scenáre pre zavedenie Denisovana. Pôvod SLC30A9 zodpovedá verzii génu pred prekrížením medzi Denisovanom a Sapiensom. Variant SLC30A9 odkazuje na verziu zdieľanú s Denisovanom. Poďakovanie: Jorge Garcia a Elena Bosch. Licencované pod Creative Commons 4.0. Vytvorené v rozložení mapy.

„Prostredníctvom genómovej analýzy sme si všimli, že pozorovaný genetický variant pochádza z nášho kríženia so starými ľuďmi v minulosti, možno s denisovanmi,“ hovorí Anna Rocca-Humbert, spoluprvá autorka štúdie. Tím vylúčil neandertálske dedičstvo, pretože tieto populácie túto mutáciu nemajú.

„Zdá sa, že zmena bola prospešná a ukázala sa ako selektívna výhoda pre ľudí. V dôsledku toho táto zmena v SLC30A9 „Gén bol vybraný a dostal sa do súčasnej populácie,“ dodáva Jorge Garcia Calleja, spoluautor štúdie.

Laboratórium evolučnej populačnej genetiky, vedené Bushom, chcelo vedieť, aké zmeny táto genetická diverzita denisovského pôvodu spôsobuje na bunkovej úrovni. „Zistili sme, že táto mutácia má určite dôsledky na transport zinku v bunke, a tak sme kontaktovali Vicenteho tím,“ spomína Elena Bosch, hlavná výskumníčka v IBE a spoluvedúca štúdie.

Regulácia zinku: kľúč k adaptácii na chlad

„Elena ma kontaktovala, pretože jej tím si všimol zmenu aminokyselín kyslé V transportéri zinku, ktorý bol dnes veľmi odlišný medzi obyvateľmi Afriky a Ázie. Odtiaľto sme si začali klásť otázky a hľadať odpovede,“ komentoval Rubén Vicente.Jeho tím v skupine Biofyzika imunitného systému v Laboratóriu molekulárnej fyziológie sa podujal na technickú výzvu študovať pohyb zinku v bunkách.

Ilustrácia, že časť transportéra sa nachádza v mitochondriách mikroskopickým zobrazovaním STED s vysokým rozlíšením s bunkami HEZ293 transfekovanými transportérom zinku ZnT9 (zelená). Vo fialovej farbe je mitochondriálny proteín TOM 20 a v bielej farbe je lokalizovaný v mitochondriách. Poďakovanie: Ruben Vicente.

Zinok, nevyhnutný prvok pre ľudské zdravie, je dôležitým posolom, ktorý prenáša informácie zvonku do vnútra buniek a medzi rôznymi bunkovými kompartmentmi. Nedostatok zinku spôsobuje rastové, neurologické a imunitné poruchy, hoci „jeho regulácia je stále nedostatočne študovaná kvôli nedostatku molekulárnych nástrojov na monitorovanie toku zinku“.

Vicenteho laboratórium zistilo, že pozorovaný variant spôsobuje novú rovnováhu zinku v bunke, čo podporuje zmenu metabolizmu. Zmenou endoplazmatického retikula a mitochondrií v bunkách vedie tento rozdiel k potenciálnej metabolickej výhode pri riešení nepriateľského podnebia. „Pozorovaný fenotyp nás vedie k úvahám o možnej adaptácii na chlad,“ zdôrazňuje Vicente.

Denisovské genetické dedičstvo môže ovplyvniť duševné zdravie populácií v Európe a Ázii

Transport zinku sa podieľa aj na nervovom systéme Vzrušivosť a hrá úlohu v duševnej rovnováhe a zdraví ľudí.

Tím naznačuje, že variant v tomto transportéri zinku, ktorý je exprimovaný vo všetkých tkanivách tela, je spojený s väčšou náchylnosťou na niektoré duševné choroby. Patria sem anorexia nervosa, hyperaktivita, Porucha autistického spektraBipolárna porucha, depresia, obsedantno-kompulzívna porucha a schizofrénia.

„V budúcnosti rozšírenie tejto štúdie o zvieracie modely môže objasniť túto predispozíciu trpieť duševnými chorobami,“ zdôrazňuje Vicente.

Genetický variant zanechal globálnu stopu, s výnimkou Afriky

Aj keď sa tento variant etabloval v Ázii ako výsledok hybridizácie medzi denisovanmi a Ten múdryRozšírila sa aj medzi európske a indiánske populácie. V skutočnosti sa vyskytuje v populáciách na celej planéte, hoci v prípade afrických populácií je menej častý.

Tím naznačuje, že Denisovanova genetická adaptácia mala pravdepodobne najväčší geografický rozsah, aký bol doteraz objavený. „Napríklad alternatíva v Ibas1 Zdedený gén Denisovan umožňuje prispôsobenie sa životu vo vysokých nadmorských výškach, no nachádza sa len u Tibeťanov. V našom prípade sa však vplyv vzťahuje na všetky populácie mimo Afriky.“

Odkaz: „Ľudská genetická adaptácia súvisiaca s bunkovou homeostázou zinku“ od Ana Roca Humbert, Jorge García Calleja, Marina Vogel González, Alejandro Fierro Villegas, Gerard El Raja, Victor Herrera Fernandez, Anja Bošnjak, Gerard Montagne a Esteban. Gutierrez, Felix Campillo, Ruben Vicente a Elena Bosch, 25. septembra 2023, Genetika PLOS.
doi: 10.1371/journal.pgen.1010950