מחקר חדש מגלה שהחדרת DNA ספציפית בגן TBXT יכולה להיות הסיבה שבגללה לבני אדם ולקופים חסרים זנבות, בניגוד לקופים. מחקר פורץ דרך זה מספק תובנה לגבי הבסיס הגנטי של אובדן זנב בפרימטים ומציע פשרה אבולוציונית שעשוי להתייחס למומים מולדים מסוימים בבני אדם.
חקר תהליך השינוי יכול לחשוף פונקציות חדשות עבור אלמנטים של הקוד הגנטי.
מחקר חדש שנערך על ידי חוקרים מבית הספר לרפואה של NYU Grossman מציע ששינוי גנטי באבותינו הקדמונים יכול להסביר חלקית מדוע לבני אדם אין זנב, בניגוד לקופים.
פורסם לאחרונה בכתב העת טֶבַעהעבודה השוותה את DNA של קופי אדם ובני אדם חסרי זנב לזו של קופי זנב ומצאה החדרה של DNA משותף לקופים ובני אדם, אך חסרה בקופים. כאשר צוות המחקר הנדס סדרה של עכברים כדי לבחון אם ההחדרה, בגן נקרא TBXTהשפיעו על הזנב שלהם, הם מצאו מגוון של השפעות זנב, כולל כמה עכברים שנולדו ללא זנבות.
"המחקר שלנו מתחיל להסביר איך האבולוציה הסירה את הזנב שלנו, שאלה שסקרנה אותי מאז שהייתי צעיר", אומר מחבר המחקר המקביל בו שיה, Ph.D., סטודנט בזמן המחקר במעבדות המחקר הבכיר. המחברים השותפים Jef D. Boeke, Ph.D., ואיתי ינאי, Ph.D. בבית הספר לרפואה של NYU Grossman. שיה היא כעת עמית זוטר של אגודת העמיתים של הרווארד, וחוקר ראשי ב- Broad Institute of MIT והרווארד.
יותר מ-100 גנים נקשרו על ידי עבודת עבר להתפתחות זנבות בבעלי חוליות שונים מִין, ומחברי המחקר שיערו כי אובדן זנב התרחש באמצעות שינויים בקוד ה-DNA (מוטציות) של אחד או יותר מהם. למרבה הפלא, אומרים מחברי המחקר, המחקר החדש מצא שההבדלים בזנבות לא הגיעו ממוטציות TBXT, אלא מהחדרת קטע DNA בשם AluY לתוך הקוד הרגולטורי של הגן באבותיהם של קופי אדם ובני אדם.
הפתעה עמוקה
הממצא החדש נובע מהתהליך שבו הוראות גנטיות מומרות לחלבונים, המולקולות המרכיבות את המבנים והאותות של הגוף. DNA "נקרא" ומומר לחומר קשור ב RNAובסופו של דבר ל-RNA שליח בוגר (mRNA), המייצר חלבונים.
בשלב מפתח המייצר mRNA, קטעי "מרווחים" הנקראים אינטרונים נחתכים מהקוד, אך לפני כן מנחים את התפירה יחד (חבור) של קטעי ה-DNA בלבד, הנקראים אקסונים, המקודדים את ההוראות הסופיות. יתר על כן, הגנום של חיות החוליות התפתח לתכונות שחבור חלופי, שבו גן בודד יכול לקודד ליותר מחלבון אחד על ידי השארת או הוספת רצפי אקסון. מעבר לשחבור, הגנום האנושי הפך למורכב עוד יותר על ידי התפתחות וכלל "אין ספור" מתגים, חלק מה"חומר האפל" המובן בצורה גרועה שמפעיל גנים ברמות שונות בסוגי תאים שונים.
עוד מחקרים אחרים הראו שמחצית מ"חומר אפל" שאינו גן זה בגנום האנושי, הנמצא בין גנים ובין האינטרונים, מורכב מרצפי DNA שחוזרים על עצמם מאוד. יתרה מכך, רוב החזרות הללו מורכבות מרטרוטרנספוזונים, הנקראים גם "גנים קופצים" או "אלמנטים ניידים", שיכולים לנוע ולהחדיר את עצמם שוב ושוב באקראי בקוד האנושי.
אובדן זנב אצל גורילות, שימפנזות ובני אדם מאמינים שהתרחש לפני כ-25 מיליון שנה, כאשר הקבוצה התפתחה מהקופים בעולם הישן. קרדיט: באדיבות הטבע (2024)
משיכת הפרטים הללו יחדיו, המחקר הנוכחי "המדהים" מצא שהכנסת הטרנספוזון של עניין, AluYאשר השפיע על אורך הזנב, התרחש באופן אקראי באינטרון בתוך TBXT קוד. למרות שזה לא שינה חלק מקודד, הכנסת האינטרונים, כך שצוות המחקר הראה, השפיעה על שחבור חלופי, משהו שלא נראה קודם לכן, והביא למגוון של אורכי זנב. שיה מצאה AluY הכנסה שנשארה באותו מיקום בתוך TBXT גן בבני אדם ובקופים הביא לייצור של שתי צורות של TBXT RNA. אחד מאלה, הם משערים, תרם ישירות לאובדן הזנב.
"ממצא זה מדהים מכיוון שרוב האינטרונים האנושיים נושאים עותקים של DNA חוזרים וקופצים ללא כל השפעה על ביטוי הגנים, אבל הפרט הזה AluY ההחדרה עשתה משהו ברור כמו לקבוע את אורך הזנב", אמרה בוקה, מנהלת סול וג'ודית ברגשטיין של המכון לגנטיקה מערכתית ב-NYU Langone Health.
אובדן זנב בקבוצת הפרימאטים הכוללת גורילות, שימפנזות ובני אדם, התרחש ככל הנראה לפני כ-25 מיליון שנה, כאשר הקבוצה התפתחה מהקופים בעולם הישן, אמרו המחברים. בעקבות פיצול אבולוציוני זה, קבוצת הקופים הכוללת את בני האדם של ימינו התפתחה היווצרות של פחות חוליות זנב, מה שהוליד את עצם הזנב או עצם הזנב. למרות שהסיבה לאובדן הזנב אינה ודאית, כמה מומחים מציעים שייתכן שיש לו חיים מתאימים יותר על הקרקע מאשר בעצים.
כל יתרון שבא עם אובדן זנב היה סביר להניח רב עוצמה, אומרים החוקרים, כי ייתכן שזה קרה למרות עלות. גנים משפיעים לרוב על יותר מתפקוד אחד בגוף, כך ששינויים שמביאים יתרון במקום אחד עלולים להזיק במקום אחר. באופן ספציפי, צוות המחקר מצא עלייה קטנה במומים בצינור העצבי בעכברים עם החדרת המחקר ב TBXT גֵן.
"ניסויים עתידיים יבחנו את התיאוריה לפיה, בהתערבות אבולוציונית עתיקה, אובדן זנב בבני אדם תרם למומים מולדים בצינור העצבי, כמו אלה המעורבים בביפידה בעמוד השדרה, הנראים היום באחד מכל אלף יילודים אנושיים. ," אמר ינאי, גם הוא במכון לגנטיקה של מערכות.
בנוסף לשיה, בוקה וינאי, מחברי מחקר נוספים של NYU Langone היו וימין ג'אנג, גוישנג ז'או, רן ברוש, אלכסנדרה ודזינסקה, אמילי הואנג, האנה אש, גוון אליס, מעיין פור, יו ז'או, קמילה קואלו, ינאן ז'ו, אלכסנדר מילר , ג'רמי דאסן, מתיו מאוראנו וסאנג יונג קים. עבודת הנדסת העכבר נתמכה על ידי המעבדה להנדסה גנטית למכרסמים של NYU Langone Health (RGEL) בראשות ד"ר סאנג יונג קים. המחקר מומן על ידי קרן המחקר של NYU Langone ו המכונים הלאומיים לבריאות מענקים RM1HG009491, P01AG051449, DP5OD033430 ו-R35GM119703, ועל ידי NYSTEM מלגת קדם-דוקטורט C322560GG.
