科學(xué)家的這些基因可以成為人類進(jìn)化的關(guān)鍵

多倫多唐納利中心的研究人員發(fā)現(xiàn)，以前被認(rèn)為在不同生物體中具有相似作用的數(shù)十種基因?qū)嶋H上是人類獨(dú)有的，可以幫助解釋我們的物種是如何存在的。

這些基因編碼一類稱為轉(zhuǎn)錄因子或TF的蛋白質(zhì)，它們控制基因活性。TF識(shí)別稱為motifs的DNA代碼的特定片段，并將它們用作著陸點(diǎn)以結(jié)合DNA并打開(kāi)或關(guān)閉基因。

以前的研究表明，不同生物體看起來(lái)相似的TF也會(huì)結(jié)合相似的圖案，即使在果蠅和人類等多種物種中也是如此。但是，Donnelly細(xì)胞和生物分子研究中心的Timothy Hughes教授實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)新研究表明，情況并非總是這樣。

研究人員在“自然遺傳學(xué)”雜志上撰文，描述了一種新的計(jì)算方法，使他們能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)每種TF在許多不同物種中結(jié)合的基序序列。研究結(jié)果表明，TF的一些子類在功能上比以前認(rèn)為的要多得多。

“即使在密切相關(guān)的物種之間也存在可能與新序列結(jié)合的TF不可忽略的部分，”休斯實(shí)驗(yàn)室的前研究生Sam Lambert說(shuō)，他完成了該論文的大部分工作，后來(lái)搬到了大學(xué)。劍橋大學(xué)博士后。

“這意味著它們可能通過(guò)調(diào)節(jié)不同基因而具有新功能，這可能對(duì)物種差異很重要，”他說(shuō)。

即使在黑猩猩和人類之間，其基因組99%相同，也有數(shù)十種TF識(shí)別兩種物種之間的不同基序，其方式會(huì)影響數(shù)百種不同基因的表達(dá)。

“我們認(rèn)為這些分子差異可能會(huì)導(dǎo)致黑猩猩與人類之間的一些差異，”蘭伯特說(shuō)道，他因在U of T醫(yī)學(xué)院獲得杰出博士研究而獲得詹妮弗多林頓研究生獎(jiǎng)。

為了重新分析基序序列，Lambert開(kāi)發(fā)了新的軟件，該軟件尋找TFs的DNA結(jié)合區(qū)域之間的結(jié)構(gòu)相似性，這些區(qū)域與它們結(jié)合相同或不同DNA基序的能力有關(guān)。如果來(lái)自不同物種的兩個(gè)TF具有相似的氨基酸組成，蛋白質(zhì)的構(gòu)建塊，它們可能結(jié)合相似的基序。但與將這些區(qū)域作為一個(gè)整體進(jìn)行比較的舊方法不同，蘭伯特自動(dòng)為那些直接接觸DNA的氨基酸(整個(gè)區(qū)域的一小部分)賦予更大的價(jià)值。在這種情況下，兩個(gè)TF可能看起來(lái)總體上相似，但如果它們?cè)谶@些關(guān)鍵氨基酸的位置上不同，則它們更可能結(jié)合不同的基序。當(dāng)Lambert比較不同物種的所有TF并與所有可用的基序序列數(shù)據(jù)匹配時(shí)，

這一發(fā)現(xiàn)與先前的研究相矛盾，該研究表明，幾乎所有人類和果蠅TF都結(jié)合相同的基序序列，并且要求科學(xué)家們謹(jǐn)慎，希望通過(guò)僅研究簡(jiǎn)單生物體中的對(duì)應(yīng)物來(lái)獲得關(guān)于人類TF的見(jiàn)解。

“有這種想法已經(jīng)堅(jiān)持下去，即TFs在人類和果蠅之間結(jié)合幾乎相同的圖案，”Hughes說(shuō)，他也是加拿大分子遺傳學(xué)系和加拿大高等研究院院士的教授。 。“雖然有許多例子證明這些蛋白質(zhì)在功能上是保守的，但這絕不是已被接受的程度。”

至于具有獨(dú)特人類作用的TF，它們屬于迅速發(fā)展的所謂C2H2鋅指TF類，以含鋅離子的指狀突起命名，它們與DNA結(jié)合。

它們的作用仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題，但眾所周知，具有更多不同TF的生物也具有更多細(xì)胞類型，這些細(xì)胞類型可以以新穎的方式組合在一起以構(gòu)建更復(fù)雜的體。

休斯很高興看到一些誘人的可能性，這些鋅指TF可能是人類生理和解剖學(xué)的獨(dú)特特征 - 我們的免疫系統(tǒng)和大腦，它們是動(dòng)物中最復(fù)雜的。另一個(gè)問(wèn)題涉及性別二態(tài)性：指導(dǎo)配偶選擇的無(wú)數(shù)可見(jiàn)且通常不太明顯的性別差異 - 對(duì)生殖成功有直接影響的決定，并且長(zhǎng)期對(duì)生理學(xué)也有深遠(yuǎn)的影響。男性的孔雀尾巴或面部毛發(fā)是這種特征的經(jīng)典例子。

“人類遺傳學(xué)中幾乎沒(méi)有人研究性別二態(tài)性的分子基礎(chǔ)，但這些都是人類彼此看到的特征，我們都很著迷，”休斯說(shuō)。“如果我能弄清楚如何做到這一點(diǎn)，我很想在職業(yè)生涯的后半段工作!”