Genetisk mutation forklarer oprindelsen af ​​nogle menneskelige organer

En neutral genetisk mutation - et tilløbsstykke i den evolutionære proces, der ikke havde noget tilsyneladende biologisk formål - der dukkede op for over 700 millioner år siden i biologisk evolution, kunne hjælpe med at forklare oprindelsen af ​​komplekse organer og strukturer hos mennesker og andre hvirveldyr, ifølge en artikel offentliggjort i Naturkommunikation af et team ledet af CRG-gruppeleder Manuel Irimia, universitetsprofessor Jordi García-Fernandez, fra Det Biologiske Fakultet og Institut for Biomedicin ved Universitetet i Barcelona (IBUB), og Maria Ina Arnone (Anton Dohrn Zoological Station, Italien).

Specifikt, denne mutation, som sandsynligvis fandt sted meget tidligt i udviklingen efter adskillelsen af ​​vores gruppe fra den af ​​søanemoner, påvirket et gen af ​​Fgfr (fibroblast vækstfaktor receptorer) familien. Mærkeligt nok, denne genetiske ændring udløste, millioner af år senere, forbindelsen mellem to genregulerende netværk (dem, der kontrolleres af ESRP og af Fgfr), som blev nøglen til oprindelsen af ​​mange hvirveldyrs organer og strukturer (lunger, forben og indre øre).

Gruppen, ledet af Demian Burguera (CRG og UB-IBUB), tog deres tilgang fra feltet evolutionær udviklingsbiologi (evo-devo). Dette er et relativt nyt paradigme i studiet af evolution, som fokuserer på at sammenligne den embryonale udvikling af flere levende væsener for at forstå, hvordan deres voksne former har ændret sig, hvilket giver anledning til nye arter.

Fra tilfældig mutation til dannelse af organer hos hvirveldyr

Et gen kan kode for forskellige proteiner - med forskellig funktionalitet - gennem den genetiske mekanisme med alternativ splejsning (skæring og genforening af gener). I nogle menneskelige celletyper, denne proces styres af en familie af regulatoriske proteiner kaldet ESRP. De fungerer som en molekylær switch:når disse regulatoriske proteiner er til stede, en gruppe gener involveret i morfogenese og celle-celle-interaktioner genererer specifikke proteinvarianter; når de er fraværende, der produceres forskellige proteinvarianter. Og denne molekylære switch styrer, hvordan celler opfører sig og interagerer med deres naboer under embryonal udvikling. Imidlertid, den evolutionære betydning af denne mekanisme var ukendt.

"Vi har undersøgt ESRP-geners funktioner under embryogenesen af ​​forskellige dyr. Vores resultater tyder på, at disse gener var en del af et gammelt genetisk maskineri, deles af så forskellige dyr som fisk, søpindsvin og os selv, der styrer integrationen af ​​visse celler i slimhinderne i udviklende organer. Dette er et grundlæggende skridt i dannelsen af ​​nogle organer, og det er det omvendte af en proces, der er central for kræftmetastaser, hvorved celler forlader tumoren for at kolonisere andre dele af kroppen" forklarer Manuel Irimia, gruppeleder ved Center for Genomisk Regulering (CRG).

Artiklen udgivet i Naturkommunikation viser, hvordan de samme regulatoriske gener er blevet brugt til at generere forskellige organer og biologiske strukturer i levende væsener under evolutionsprocessen. På samme måde, artiklen beskriver, hvordan en tilfældig "fejltagelse" - en tilsyneladende meningsløs mutation, der fandt sted for over 700 millioner år siden - blev den molekylære drivkraft for komplekse morfologiske udviklinger hos en række hvirveldyr (inklusive den menneskelige art).

"Klart, det mest exceptionelle resultat af arbejdet er beviset på, hvor vigtig serendipitet er for evolutionen. Det er overraskende at opdage, at et enkelt gen (ESRP), gennem sin forfædres biologiske rolle (celleadhærens og motilitet) er blevet brugt i hele dyreskalaen til meget forskellige formål:fra immunsystemet af en pighud til læberne, lunger eller indre ører hos mennesker, " siger professor Jordi Garcia-Fernandez, ved universitetet i Barcelonas afdeling for genetik, Mikrobiologi og statistik og IBUB.

"Den nye opdagelse bekræfter, hvor alsidig biologisk evolution er - det samme fundament og genværktøjer kan bruges til at bygge en træhytte eller en skyskraber, " konkluderer professor Garcia-Fernandez.