Duplikationer af ikke-kodende DNA kan have påvirket udviklingen af ​​menneskespecifikke egenskaber

Duplikationer af store segmenter af ikke-kodende DNA i det menneskelige genom kan have bidraget til fremkomsten af ​​forskelle mellem mennesker og ikke-menneskelige primater, ifølge resultater præsenteret på American Society of Human Genetics (ASHG) 2017 årsmøde i Orlando, Fla. Identifikation af disse duplikationer, som omfatter regulatoriske sekvenser, og deres effekt på egenskaber og adfærd kan hjælpe videnskabsmænd med at forklare genetiske bidrag til menneskelig sygdom.

Paulina Carmona-Mora, PhD, hvem præsenterede værket; Megan Dennis, PhD; og deres kolleger ved University of California, Davis, studere historien om human-specifikke duplikationer (HSD'er), DNA-segmenter længere end 1, 000 basepar, der gentages hos mennesker, men ikke hos primater eller andre dyr. I dette studie, de fokuserede på HSD-regioner, der ikke koder for gener, men i stedet regulerer ekspressionen af ​​andre gener.

"Det særlige ved disse regulatoriske elementer er, at de har tilbøjelighed til at påvirke ekspressionen af ​​gener i nærheden på det samme kromosom, såvel som andre steder i genomet, " sagde Dr. Dennis. "Dette betyder, at en duplikation kan påvirke mange gener, forstærker dens virkning."

Da duplikerede segmenter er mere end 98 % identiske, det er svært at skelne mellem dem, Dr. Dennis forklarede. Som resultat, de blev kasseret i mange tidligere genomiske analyser. Af denne grund, forskerne begyndte med at skabe et nyt humant referencegenom, der inkluderede de duplikerede segmenter. Dette gjorde det muligt for dem at identificere områder, der sandsynligvis ville indeholde forstærkere, som er regulatoriske elementer, der øger ekspression af andre gener, og vurdere deres effekt på genekspression på tværs af organer og vævstyper.

For eksempel, duplikering af SRGAP2-segmentet, som fandt sted for omkring tre millioner år siden, kan være forbundet med flere neurologiske træk, der er specifikke for mennesker, såsom en større præfrontal cortex i hjernen og mere effektive synapser, eller forbindelser mellem hjerneceller. Påfaldende nok, når human-specifik SRGAP2C blev udtrykt i laboratoriemuseembryoner, musene havde lignende resultater. Ud over SRGAP2, mange af generne i de undersøgte HSD'er var forbundet med neurologisk udvikling, og nogle kan også have implikationer for immunrespons.

"Vores resultater peger på forskelle mellem mennesker og primater, og antyde, hvad der gør os unikke som mennesker, " sagde Dr. Dennis. Derudover, da mange af de genomiske regioner, der er tilbøjelige til duplikering, var relateret til neurologiske træk, dette arbejde kan foreslå fremtidige veje for forskere, der søger at forklare de genetiske mekanismer bag neurologiske sygdomme som autisme, epilepsi, og skizofreni.

Forskerne er i øjeblikket ved at validere de kandidat-enhancer-regioner, de fandt ved at sammenligne genekspressionsniveauer på tværs af vævstyper. De vurderer også virkningerne af en duplikeringsintroduktion på strukturen og funktionen af ​​nærliggende segmenter. Endelig, de måler forskelle mellem originale (forfædres) segmenter og de duplikerede versioner, der optræder i senere generationer, såsom sekvensændringer siden duplikeringen og potentielle virkninger på funktionen.

"Vi har en tendens til at tænke på DNA som en lineær sekvens, men disse resultater minder os om, hvor dynamisk det er, " sagde Dr. Carmona-Mora. "Det er spændende at se, at duplikering af gener ikke kun spiller en rolle i menneskets evolution, men måske gør duplikering af reguleringselementer, også - selv dem uden for de forventede regioner."