Forscher an der Donnelly Centre in Toronto haben herausgefunden, dass Dutzende von Genen, die bisher gedacht haben ähnliche Rollen in verschiedenen Organismen, sind in der Tat einzigartig für den Menschen und könnte helfen, erklären, wie unsere Spezies kam zu existieren.
Diese Gene Kodieren für eine Klasse von Proteinen, bekannt als Transkriptionsfaktoren (TFs), die Steuerung der gen-Aktivität. TFs erkennen spezifische Ausschnitte von den DNA-code aufgerufen, Motive und verwenden Sie Sie als landing-sites binden die DNA und schalten Gene an oder aus.
Frühere Forschung hatte vorgeschlagen, dass die TFs, die ähnlich Aussehen wie in verschiedenen Organismen binden auch ähnliche Motive, auch Tiere so unterschiedlicher Arten wie Fruchtfliegen und Menschen. Aber eine neue Studie von Professor Timothy Hughes‘ lab, in der Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research, zeigt, dass dies nicht immer der Fall.
Schreiben in der Zeitschrift Nature Genetics, die Forscher beschreiben eine neue computergestützte Methode, die Ihnen erlaubt, mehr genau Vorhersagen, Motiv-Sequenzen jede TF bindet in vielen verschiedenen Arten. Die Ergebnisse zeigen, dass einige sub-Klassen von TFs sind viel mehr funktional vielfältiger als bisher angenommen.
„Selbst zwischen eng verwandten Spezies, es gibt einen nicht zu vernachlässigenden Anteil von TFs, die wahrscheinlich zu binden, neue Sequenzen“, sagt Sam Lambert, ehemaliger student im Aufbaustudium in Hughes‘ lab, die haben die meiste Arbeit auf dem Papier und hat seitdem zog nach der University of Cambridge als Postdoc-Pensum.
„Das bedeutet, Sie sind wahrscheinlich zu haben, neuartige Funktionen durch die Regulation der verschiedenen Gene, die wichtig sein können für Arten, für die Unterschiede“, sagt er.
Auch zwischen Schimpansen und Menschen, deren Genome sind zu 99 Prozent identisch sind, gibt es Dutzende von TFs, die erkennen, verschiedenen Motive zwischen den beiden Arten in einer Weise beeinflussen, die expression von Hunderten von verschiedenen Genen.
„Wir denken, dass diese molekularen Unterschiede könnte sein, fahren einige der Unterschiede zwischen Schimpansen und Menschen,“ sagt Lambert, wer gewonnen hat Jennifer Dorrington Graduate Research Award für herausragende Doktorarbeit an der U of T die Fakultät für Medizin.
Analyse Motiv-Sequenzen, Lambert entwickelt neue software, die sucht nach strukturellen ähnlichkeiten zwischen den TFs‘ DNA-bindenden Regionen, die sich auf Ihre Fähigkeit zur Bindung des gleichen oder unterschiedliche DNA-Motive. Wenn zwei TFs, von verschiedenen Arten, haben eine ähnliche Zusammensetzung an Aminosäuren, Bausteine der Proteine, die Sie wahrscheinlich binden Sie ähnliche Motive. Aber im Gegensatz zu älteren Methoden, die den Vergleich dieser Regionen als ganzes, Lambert weist automatisch größeren Wert auf jene Aminosäuren, die — einen Bruchteil der gesamten region –, die direkt mit der DNA. In diesem Fall werden zwei TFs kann ähnlich wie in der Gesamtwertung, aber wenn Sie sich in die position dieser Schlüssel Aminosäuren, sind Sie eher zu binden, verschiedene Motive. Wenn Lambert im Vergleich alle TFs in verschiedenen Arten und abgestimmt, um alle verfügbaren Motiv-Sequenz-Daten, fand er, dass viele Menschen TFs erkennen unterschiedliche Sequenzen — und deshalb regulieren verschiedene Gene — als die Versionen, die von den gleichen Proteinen, die in anderen Tieren.
Das Ergebnis widerspricht früheren Untersuchungen, in denen es heißt, dass fast alle von Mensch und Fruchtfliege TFs binden das gleiche Motiv-Sequenzen, und ist ein Aufruf zur Vorsicht der Wissenschaftler in der Hoffnung zu ziehen, Erkenntnisse über die menschliche TFs nur durch das Studium Ihrer Kollegen in einfacheren Organismen.
„Es gibt diese Idee, die hat durchgehalten, das ist, dass die TFs binden fast identische Motive zwischen Menschen und Fruchtfliegen“, sagt Hughes, der auch ein professor in der U of T Abteilung Molekulare Genetik und Fellow des Canadian Institute for Advanced Research. „Und während es viele Beispiele, in denen diese Proteine sind funktionell konserviert ist, ist dies keineswegs in dem Umfang anerkannt wurde.“
Wie für die TFs, die einzigartige menschliche Rollen, diese gehören zu den sich schnell entwickelnden Klasse der sogenannten C2H2-Zink-finger-TFs, benannt nach der Zink-Ionen-haltigen fingerförmige zellfortsätze, mit denen Sie binden die DNA.
Ihre Rolle bleibt eine offene Frage, aber es ist bekannt, dass Organismen mit vielfältiger TFs haben auch weitere Zelltypen, die zusammen kommen in der neuartigen Möglichkeiten zum Aufbau komplizierter Einrichtungen.
Hughes ist begeistert, eine verlockende Möglichkeit, dass einige dieser Zink-finger-TFs verantwortlich sein könnte für die einzigartigen Eigenschaften der menschlichen Physiologie und Anatomie — unser Immunsystem und dem Gehirn, die komplexeste unter den Tieren. Ein weiteres Anliegen Geschlechtsunterschiede: unzählige sichtbar, und oft weniger offensichtliche Unterschiede zwischen den Geschlechtern, guide mate-Auswahl-Entscheidungen haben eine unmittelbare Auswirkung auf fortpflanzungserfolg und kann auch tiefgreifende Auswirkungen auf Physiologie, in der langen Begriff. Der pfauenrad-oder Gesichtsbehaarung bei Männern sind klassische Beispiele für solche Funktionen.
„Fast niemand in der menschlichen Genetik Studien, die molekulare basis der Geschlechtsunterschiede, doch sind dies Eigenschaften, die allen menschlichen Wesen sehen, die in jeder anderen, und wir alle sind fasziniert“, sagt Hughes. „Ich bin geneigt zu verbringen die Letzte Hälfte meiner Laufbahn, wenn ich herausfinden kann, wie es zu tun!“
Die Forschung wurde finanziert durch Zuschüsse von der Kanadischen Institutes of Health Research, der National Science and Engineering Research Council und der US National Institutes of Health. Hughes hält auch die Billes Lehrstuhl für Medizinische Forschung an der Universität von Toronto.