Человеческий геном подобен машине времени, говорит исследователь

        

Человеческий геном немного похож на машину времени, говорит Бен Войт адъюнкт-профессор в области системной фармакологии и трансляционной терапии и генетики в Школе медицины Пельмана Пенна. «Если тщательно изучить его, он может дать нам линзу в прошлое и, возможно, указать, какие факторы могли бы сформировать ДНК наших предков десятки тысяч лет назад. Хотя естественный отбор может по-прежнему действовать, чтобы сформировать современные геномы, мы «Подождите пять-десять тысяч лет, чтобы увидеть, что было предназначено».

Войт не одинок, думая, что изучение генетической эволюции человека может обеспечить понимание текущих расстройств, включая ожирение, диабет, наркоманию, малярию, кожу и репродуктивные болезни. Группа исследователей Пенн надеется улучшить понимание этих современных болезней, взглянув на самый двигатель эволюции: естественный отбор у людей, в котором люди, лучше адаптированные к окружающей среде, как правило, выживают и производят больше потомства, чтобы переносить свои геномы в будущее.

Под руководством его аспиранта Келси Джонсон они недавно опубликовали исследование, изучающее данные, полученные в рамках проекта «1000 геномов», международной базы данных исследований, в которой каталогизированы генетические вариации человека среди нескольких человеческих популяций уникальной и разнообразной родословной , Они модифицировали статистический подход, разработанный Voight в аспирантуре для определения генетических вариантов, которые неожиданно идентичны у многих людей в интересующей популяции. Это исследование выявило регионы, связанные с резистентностью к малярии, ферменты, которые метаболизируют алкоголь, и некоторые другие.

«Ключевое понимание, рассмотренное в нашей работе, состоит в том, что в нашем геноме существуют места, где несколько человеческих популяций по разным предкам – например, азиатские, африканские, европейские – показывают признаки выбора в одном месте», – сказал Войт. Один пример сопоставляется с пятном, связанным с тем, как выражены гены метаболизма алкоголя. Предыдущие исследования сообщили об отборе этой черты в популяциях восточноазиатских родословных, но Джонсон и Войт также определили выделение этой черты в популяциях африканской родословной

«Этот новый сигнал также тесно связан с предыдущей ассоциацией в афро-американцах, которая защищает некоторых людей от алкогольной зависимости», – сказал Войт. «Хотя это не может быть чертой, которая была выбрана в прошлом, она усиливает важную идею: понимание нашего прошлого может помочь интерпретировать и потенциально улучшить клиническую помощь сегодня».

Еще один пример исследования Джонсона и Воата включает гликофорин, белок, присутствующий на внешней поверхности эритроцитов, который широко выражен в разных популяциях человека. Предыдущие работы показали, что изменение генов, кодирующих гликофорины, связано с различиями в восприимчивости к самой смертельной форме малярии, которая является эндемикой для Африки. Виды паразита, который вызывает это, развили многочисленные белки, которые связываются с определенными молекулами на поверхности эритроцитов, которые облегчают его проникновение в клетку, что является общей чертой этого патогена. В большом исследовании, опубликованном в прошлом году, было обнаружено, что некоторые люди в Восточной Африке имеют вариант с гликофорином, который дает 40% снижение риска развития тяжелой малярии.

Вариация, которая обеспечивает некоторую защиту от малярии, вероятно, была направлена ​​на естественный отбор у людей, но также приводила к нарушениям крови, таким как серповидноклеточная анемия и дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PD). Джонсон и Войт обнаружили участки генетической вариации, связанные с гликофорином, в нескольких популяциях предков Африки, Европы, Южной и Восточной Азии. «Мы находимся в постоянной битве с патогенами, так как развивались современные люди, включая малярию», – сказал Войт.

Как эволюция сформировала кожу человека и связанные с кожей органы, такие как потовые железы, волосяные фолликулы и молочные железы, лежит в основе работы Яна Г. Камберов, доктор философии доцент генетики , «Мы стремимся определить генетическую основу для эволюции древних специфических для человека черт, таких как потеря меха и резко выраженная плотность потовых желез, которые определяют наш вид», – сказала она.

В 2015 году Камберов изучил, как мыши производят изменения в потовых железах и плотности волос. Исследование показало, что количество потовых желез тесно и обратно связано с образованием волос. Когда определенный ген был более активным, у мышей было больше потовых желез, чем волос, но если активность гена была снижена, у мышей было больше волос и меньше пота.

Камберов также изучает эволюцию плаценты с особым интересом к преэклампсии, связанному с беременностью, характеризующегося высоким кровяным давлением, которое более распространено у людей по сравнению с другими приматами. Информированная по эволюционной биологии, она ищет способы облегчения болезней, особенно в областях дерматологии и репродуктивной патологии. Для этого она поставила перед собой цель восстановить регенерирующие потовые железы в заменителях кожи и идентифицировать варианты генов, связанные с риском развития преэклампсии.

Принимая несколько иной подход, Иэн Матисон, доктор философии доцент генетики, использует вычислительные инструменты и данные как из древней, так и современной человеческой ДНК для отслеживания исторических движений и отношений между популяциями. Его последняя работа использовала древнюю ДНК для исследования изменений в геноме человека во время перехода от охотника-собирателя к сельскохозяйственному образу жизни. В частности, команда задокументировала смешение двух генетически отличных групп людей, так как фермеры из регионов вблизи современной Турции перебрались в юго-восточную Европу, занятые охотниками-собирателями.

До исследования 2018 года по миграции людей Матисон и его коллеги провели генотипную проверку естественных событий отбора в древней ДНК от 230 западных евразийцев, которые жили между 6500 и 300 годами до нашей эры. Они обнаружили различия в генах, связанных с диетой, пигментацией и иммунной системой. «На самом деле это очень просто в сердце – мы учитываем частоту вариантов в древних популяциях и сравниваем их с современными популяциями», – сказал он. По большей части в своей линейке исследований эволюционные генетики не спекулируют об этом типе вариаций и конкретных современных заболеваниях.

Однако некоторые исследователи выдвинули гипотезу о так называемых «экономных генах», влияющих на частоту развития диабета на сегодняшний день. Эта гипотеза основана на понятии, что из-за различий в образе жизни в прошлом по сравнению с настоящим, генетические варианты, которые являются вредными (потому что они увеличивают ИМТ и риск диабета), сейчас обычны, потому что в прошлом они были сравнительно выгодными.

Но Матисон говорит, что он надеется сосредоточиться на этом пути: «Я заинтересован в использовании вычислительных подходов в сочетании с тем, что мы узнали о геномике распространенных заболеваний в современных популяциях, чтобы лучше понять, как риск такие болезни, как диабет, были обусловлены естественным отбором ».

Источник:

https://www.pennmedicine.org/news/news-blog/2018/march/genome-time-machine

      

Source link