약 8 백만에서 1 천 2 백만 년 전에 인간을 포함한 위대한 유인원의 조상은 극적인 유전 적 변화를 겪었습니다. 작은 DNA 조각은 잔디밭을 가로 질러 민들레와 같은 상주 염색체를 가로 질러 확산되었습니다. 그러나이“민들레 씨앗”이 분산되면서, 그들은 잔디와 데이지 씨앗 (추가 DNA)을 타기 위해 가져 왔습니다. 게놈의 다른 부분에서 반복되는이 특이한 패턴은 보노 보스, 침팬지, 고릴라 및 인간과 같은 유인원으로 만 발견됩니다.
시애틀에있는 워싱턴 대학의 유전 학자 인 에반 아이클러 (Evan Eichler)는“이것은 인간 진화의 실종 된 조각이라고 생각한다. "내 느낌은 이러한 복제 블록이 새로운 유전자의 탄생을위한 기질 이었다는 것입니다."
지난 몇 년 동안 과학자들은이 지역에 존재하는 소수의 유전자의 기능을 밝혀 내기 시작했습니다. 그들은 뇌에서 중요한 역할을하는 것으로 보이며, 새로운 세포의 성장과 뇌 크기 및 발달과 관련이 있습니다. 9 월에 Eichler의 팀은 이러한 유전자가 사람마다 어떻게 다른지 분석하는 새로운 기술을 발표하여 기능에 더 많은 빛을 비출 수 있습니다.
.복제 과정과 그 의미에 관한 많은 것은 미스터리로 남아 있습니다. Eichler와 다른 사람들은 초기 복제 라운드를 촉진 한 이유 또는 "Core Duplicons"라고 불리는이 지역이 게놈을 재현하고 이동하는 방법을 모릅니다.
인간 진화에서 복제-연결된 유전자의 잠재적 중요성에도 불구하고, 대부분은 광범위하게 분석되지 않았다. 복제 된 영역의 반복적 구조는 표준 유전자 접근법을 사용하여 특히 연구하기가 어렵습니다. DNA 시퀀싱을 시작하는 가장 효율적인 방법은 게놈을 자르고 작은 덩어리의 서열을 읽은 다음 퍼즐처럼 해당 섹션을 조립하는 것으로 시작합니다. 반복적 인 섹션을 조립하려는 시도는 거의 같은 패턴으로 조각으로 만든 퍼즐을 만들려고하는 것과 같습니다.
오로라 콜로라도 의과 대학의 유전 학자 인 제임스 시클라 (James Sikela)는“이 지역은 너무 복잡하기 때문에 종종 기존의 게놈 연구에 의해 무시되고 일부 지역은 여전히 완전히 시퀀싱되지 않았습니다. "그래서 그들은 중요 할뿐만 아니라 불행히도 검토되지 않습니다."
유전자 버스트
2007 년에 Eichler와 그의 공동 작업자들은 인간 게놈의 반복적 인 스트레치를 포괄적으로 보았습니다. 이전의 연구는 개별 영역을 특성화했지만 Eichler의 팀은 새로운 계산 기술과 비교 유전체학 (다른 종의 DNA 서열을 비교하여 전체 게놈을 조사했습니다. 그해 자연 유전학에 발표 된 수학적 분석은 특정 염색체에 반복적으로 나타나는 DNA의 스트레치 일련
핵심 복제본은 더 큰 복제 블록의 초점으로 작용하는 건축 적으로 복잡한 DNA 스트레치를 고정시킵니다. 과학자들은 어떻게 핵심이 DNA의 인접한 세그먼트를 휩쓸고, 전체 스트레치를 복제하고 새로운 사본을 염색체의 새로운 위치에 삽입하는 것처럼 보입니다. Eichler는“다시 집어 들고 주변의 시퀀스 중 일부를 복제하고 다른 새로운 위치로 이동합니다. "그것은 진화 적 변화를위한 템플릿을 제공하는 매우 불안정한 유전 적 요소 인 것 같습니다."
.이 과정은 새로운 유전자를 만드는 것처럼 보입니다. 새로운 복제가 게놈에 삽입 될 때, 그들은 이전에 외국의 두 가지 DNA 조각을 모아 단백질과 같은 새로운 기능성 성분으로 이어질 수 있습니다. 이 혼란스러운 믹스 앤 매치 접근법은 기존 유전자가 복제되고 사본이 새로운 기능을 자유롭게 개발할 수있는 유전자 생성을위한 전통적인 모델과 다릅니다.
휴스턴에있는 Baylor College of Medicine의 유전 학자 인 Philip Hastings는“이 메커니즘은 우리의 진화에서 중요한 것으로 보입니다. "염색체 구조적 변화의 극적인 에피소드를 생성하는이 메커니즘으로 인해 우리가 주로 우리가있는 방식 일 수 있습니다."
.Duplicons가 생성하는 패턴은 훌륭한 유인원에 고유 한 것으로 보이며, 메커니즘 자체가 이러한 종에 독특하다는 것을 암시합니다. 다른 동물에서는 복제 된 영역이 염색체를 따라 분산되지 않고 서로 옆에 늘어서 있습니다.
큰 유인원의 복제 된 영역은 매우 활동적인 경향이있는 경향이 있으며, 이는 그들의 유전자가 다른 영역의 유전자보다 더 자주 켜지고 더 많은 RNA와 단백질을 생성하고 있음을 의미합니다. 그것은이 지역들이 기능적으로 중요하다는 것을 암시한다.
Eichler와 다른 사람들은 지금까지 약 12 개의 Duplicon 지역의 약 절반에 불과한 구조를 특징으로했으며, 각각은 상주 염색체에 고유합니다. 현재까지의 대부분의 분석은 유전자의 출처, 얼마나 빨리 진화하는지, 서로 어떻게 관련되어 있는지를 포함 하여이 지역의 진화 역사에 중점을 두었습니다. Eichler는 그의 팀이 자신이하는 일을 이해하는 데 더 어려움을 겪었지만, 그와 다른 사람들은 소수의 복제-연결된 유전자의 기능을 연구했지만
는 말했다.과학자들이 아는 것은 유전자가 진화에서 중요한 것으로 보인다는 것입니다. Eichler에 따르면, 코어 복제품과 관련된 유전자 패밀리의 약 3 분의 1은 긍정적 인 선택의 징후를 보인다. 즉, 전반적으로 유전자의 약 5 %에 비해 소지자의 생존을 높이고 다음 세대에 전달되며 진화에 기여한다는 것을 의미한다. 실제로, 10 년 전에 처음 설명 된 코어 중 하나의 유전자는 가장 빠르게 진화하는 인간 유전자 인 것으로 보입니다. 그러나 Eichler는 과학자들이 비교할 필요가 거의 없기 때문에 이러한 인간 또는 APE 특이 적 유전자에서 긍정적 인 선택을 측정하는 것은 까다로워졌습니다. 선택을 측정하기 위해 과학자들은 일반적으로 다른 종의 유전자를 비교하여 그것이 얼마나 많은 변화를 겪었는지를 조사합니다.
나무 트렁크의 고리와 마찬가지로 코어 더블링의 외부 영역은 최신 복제 라운드에서 발생하는 최신입니다. 이 지역은 또한 사람마다 가장 가변적 인 경향이 있습니다. 따라서 그들은 질병에 기여할 수 있습니다 - 중요한 유전자 또는 DNA 세그먼트의 추가 또는 결실 된 사본은 세포 또는 기관의 기능이 얼마나 잘 작동하는지에 영향을 줄 수 있습니다. Eichler의 팀은 9 월 논문의 자연 방법에 설명 된 새로운 접근법을 사용하여 복제 된 지역의 변화를 추적하여 이러한 유전자가하는 일에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 연구원들은 지적 장애 및 간질과 같은 발달 장애가있는 어린이 의이 구역 내에서 30 개의 인간 특정 유전자의 변화를 찾을 것입니다. 특정 유전자 또는 영역의 변화가 뇌 크기의 변화와 같은 특정 특성과 안정적으로 연결되어 있으면 유전자의 기능에 대한 힌트를줍니다.
Eichler는 현재까지 연구 된 복제-연결된 유전자는“세포 증식에 중요하다고 보인다”고 말했다. "그들은 많은 조직에서 발현되지만 뇌에서, 종종 뉴런, 종종 빠른 세포 분열 영역에서도 높습니다." 실제로, 일부 유전자는 과잉 활성이 될 때 암과 관련이 있습니다.
더 큰 두뇌
약 340 만 년 전, 인간 후손의 염색체 1에 대한 핵심 복제본은 특징적인 점프 중 하나를 만들어 SRGAP2로 알려진 유전자의 사본을 가져 갔다. 백만 년 후, 그것은 다시 뛰어 들어 원본의 손녀를 만들었습니다. 게놈이 현재까지 검사 된 다른 포유류는 유전자의 여러 카피를 가지고 있으며, 점프는 인간 진화의 중추적 인 지점과 일치하지 않습니다. 호주는 2 ~ 3 백만 년 전 호모 habilis로 진화함에 따라, 호미 니드 뇌는 크기가 두 배로 늘어나고있었습니다.
.SRGAP2C로 알려진 손녀 유전자는 인간 뇌에 특히 중요 할 수 있습니다. 2012 년에 Eichler의 팀과 Scripps Research Institute의 샌디에고 근처의 그룹은 SRGAP2C가 뉴런이 개발중인 뇌에서 어떻게 이동하는지에 영향을 줄 수 있음을 보여주었습니다. Scripps 팀은 SRGAP2C가 특정 뇌 세포의 성숙을 느리게하고 뇌 세포 사이의 연결을 형성하는 데 도움이되는 밀도가 높은 신경 구조의 발달을 유발한다는 것을 보여 주었다. Eichler는“인간의 뇌의 확장에 대한 책임이 없다고 말하는 것은 아니지만 신경 전구체 [뉴런을 낳는 세포]를 올바른 장소로 얻는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.
SRGAP2 발견은 인간 별 유전 적 변화가 어떻게 뉴런의 변화를 초래했는지 보여줍니다. 달라스에있는 텍사스 남서부 의료 센터 (University of Texas Southwestern Medical Center)의 신경 과학자 인 Genevieve Konopka는“이것이 현장에서 빠진 것입니다. "사람들은 인간 계보에서 독특한 변화를 확인했지만 실제로 어떤 기능적으로도 추적하지 않았습니다."
.Konopka는 유전자의 기능을 탐구하는 SRGAP2 논문과 같은 연구는 인간 별 유전 적 변화가 종으로서 우리의 발달에서 수행하는 역할을 명확하게하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. "언제든지 인간 게놈에서 독특한 것을 보여줄 수 있고 그것이 생물학을 어떻게 수정하는지, 그것은 독특하고 중요한 일입니다."라고 그녀는 말했습니다.
.이중 에디드 DNA
핵심 복제품은 진화 적 도박을 나타냅니다. 새로운 유전자의 생성을 가능하게하는 동일한 유전 적 불안정성은 기존 유전자를 파괴하거나 삭제하거나 너무 많은 사본을 만들 수 있으며, 아마도 질병에 대한 우리의 감수성을 설명 할 수 있습니다. 복제 된 블록의 일부는 지적 장애, 정신 분열증 및 간질을 포함한 여러 뇌 장애에 묶여 있습니다.
연구자들이 다른 위대한 유인원보다 인간에게 더 자주 복제 된 유전자 영역을 검색했을 때, DUF1220이라는 짧은 DNA가 주목을 받았습니다. DUF1220은 게놈의 다른 단백질 코딩 영역보다 인간에게 더 빠르게 복제되었으며 뇌 크기와 관련이있어 인간 뇌의 진화와 질병의 진화에 기여했으며,이 유전자 세그먼트가 너무 적거나 너무 적을 수 있음을 시사합니다.
.DUF1220은 유전자 자체가 아니라 오히려 유전자 패밀리에서 발견되는 유전자 성분입니다. 전반적으로 인간은 DUF1220의 250 부 이상, 다른 위대한 유인원 90 ~ 125, 원숭이 약 30 개, 비 프라임어는 10 명 미만입니다. 2012 년에는 Sikela와 Collaborators가 특별한 도구를 사용하여 건강한 사람들의 사본 수를 세고 누군가가 더 많을수록 회색 물질의 일부가 더 많을수록 뇌의 일부를 발견했습니다.
DUF 반복은 뇌 크기 측면에서 진화 적 이점을 제공하는 것으로 보이지만, 유해한 영향을 미칠 수 있습니다. DUF 복제는 1q21로 알려진 염색체 1의 불안정한 영역에 집중되어있다. 이 영역의 결실 또는 복제는 누군가의 뇌의 뇌가 비정상적으로 작거나 큰 경우 자폐증, 정신 분열증, 심장병 및 소두증 또는 거시적을 포함한 여러 장애와 관련이 있습니다. Sikela의 팀은 1Q21 지역의 모든 시퀀스 중에서 DUF1220 반복의 수가 소두증 환자의 뇌 크기와 가장 밀접하게 연결되어 있음을 발견했습니다. Sikela는“인간 계보의 카피 수가 크게 증가하면 심각한 비용이 발생했습니다.
Sikela에 따르면, 추가 사본은이 지역을 불안정하게 만들어 해당 지역의 유전자를 추가로 삭제하거나 복제 할 수있을 가능성이 높아집니다. "이것은 우리가 진화로 우리에게 주어진 트레이드 오프 인 DUF의 이익을 위해 지불 해야하는 가격입니다."
미지의 영토
핵심 복제품이 인간 진화의 원동력이라는 증거는 증가하고 있지만 많은 질문이 남아 있습니다. 예를 들어, 이러한 코어의 생성을 유발했는지 또는 어떻게 퍼지는지는 불분명합니다. 하나의 인기있는 이론은 레트로 바이러스로 알려진 바이러스 종류를 가리 며, 이로 인해 숙주의 게놈에 DNA를 삽입 한 다음 세대로 전달 될 수 있습니다. 아마도 레트로 바이러스는 초기 코어 복제본을 담당했을 것입니다. 우리 게놈의 상당 부분은 DNA의 각인을 남겼지 만 더 이상 세포에서 활성이없는 바이러스에서 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 영국 레스터 대학교 (University of Leicester)의 유전 학자 인 에드워드 홀록스 (Edward Hollox)는“제가 가장 좋아하는 가설은 호전 활동에 파열 된 것입니다.
흥미롭게도, 우리의 게놈에서 매우 활성화 된 핵심 복제는 둔화되거나 멈추는 것처럼 보입니다. 위대한 원숭이 진화 역사의 여러 분출에 대한 증거에도 불구하고 과학자들은 지난 수백만 년 동안 발생한 복제를 아직 찾지 못했습니다. Eichler의 팀은 그러한 사례를 찾아 과학자들이 인간에게만 국한적이고 네안데르탈 인과 구별되는 젊은 복제를 발견했습니다. "그러나 그들은 규칙보다는 예외입니다."
우리 종의 형성에서 핵심 복제품이 얼마나 큰 역할을했는지는 아직 명확하지 않습니다. Hollox는“큰 유인원 진화에 대한 중요한 이론을 제공하는 것은 매우 어렵다”고 말했다. 의심 할 여지없이, 핵심 복제 가설은 그것의 일부입니다. 그것이 어느 정도까지 기여하는지, 배심원은 여전히 나왔습니다.”
연구에 따르면 유전자 조절 (특정 유전자가 켜진시기 및시기 및 위치)과 같은 다른 요인도 일부를 수행한다고 제안합니다. 그러나 유전자 조절의 변화는 아마도 영장류와 인간의 모든 차이점을 설명하기에 충분하지 않을 것입니다. Konopka는“핵심 복제품이“아마도 주요 플레이어 중 하나”라고 덧붙였다.
