В гене, связанном с ростом, учёные видят отблески человеческой истории
Новое исследование погружается в эволюцию и функцию гена рецептора гормона роста человека и задаётся вопросом, какие силы в прошлом человечества могли вызвать изменения в этом жизненно важном участке ДНК.
Исследование показывает, что укороченная версия гена — вариант, известный как GHRd3 — может помогать людям выживать в ситуациях, когда ресурсы скудны или непредсказуемы.
Результаты будут опубликованы 24 сентября в Science Advances.
Вот история, которую рассказывает исследование: GHRd3 появился около 1–2 миллионов лет назад и, вероятно, был подавляюще преобладающей версией гена у предков современных людей, а также у неандертальцев и денисовцев.
Затем, «в последние 50 000 лет или около того, этот вариант становится менее распространённым, и мы наблюдаем резкое снижение его частоты среди изученных восточноазиатских популяций, где предполагаемая частота аллеля упала с 85% до 15% за последние 30 000 лет», — говорит эволюционный биолог Омер Гёкджумен. «Вопрос в том: почему? Был ли этот вариант полезен в прошлом и потерял эволюционное преимущество недавно? Или то, что мы наблюдаем, — просто случайность среди сложности геномов?»
Исследование даёт новое понимание функции GHRd3, которое может помочь объяснить эти эволюционные изменения, демонстрируя, что вариант может быть полезен для преодоления пищевого стресса.
«Мы считаем, что этот вариант полезен в условиях периодов голода, что было характерно для большей части человеческой эволюции», — говорит Гёкджумен. Относительно снижения распространённости GHRd3 в недавней истории он предполагает: «Возможно, быстрый технологический и культурный прогресс за последние 50 000 лет создал буфер против некоторых колебаний в ресурсах, которые делали GHRd3 столь полезным в прошлом».
«GHRd3 интересен, потому что это очень распространённая делеция, которая варьируется между людьми», — говорит Мари Саито. «Обычно такие важные фундаментальные гены не различаются между людьми и высоко консервативны даже у других животных».
Взгляд на возможные функции GHRd3
Ген рецептора гормона роста играет важную роль в контроле реакции организма на гормон роста, помогая активировать процессы, ведущие к росту.
Чтобы изучить эволюционную историю гена, учёные проанализировали геномы многих современных людей, а также четырёх архаичных гоминин — трёх неандертальцев из разных частей света и одного денисовца. (У всех четырёх был вариант GHRd3.)
Команда также исследовала современные функции GHRd3. Например, исследователи обнаружили, что вариант GHRd3 был связан с лучшими исходами у группы детей, перенёсших и переживших тяжёлую недостаточность питания.
Кроме того, исследования на мышах подтвердили идею, что GHRd3 помогает регулировать реакцию организма на нехватку пищи. У самцов мышей с этим вариантом наблюдались некоторые биологические сходства с мышами, имевшими ограниченный доступ к пище, — черты, которые могут быть полезны для выживания при пищевом стрессе.
Когда самцов мышей с GHRd3 посадили на низкокалорийную диету, животные в возрасте 2 месяцев были меньше, чем особи без этого варианта. Это может быть полезно в периоды пищевого стресса, так как меньшему телу нужно меньше пищи. Поскольку эффекты GHRd3 были менее выражены у самок, самцы и самки с этим вариантом в итоге оказались одного размера на низкокалорийной диете (обычно самцы значительно крупнее).
«Наше исследование указывает на специфичные для пола и среды эффекты распространённого генетического варианта. У мышей мы наблюдали, что Ghrd3 приводит к "женскому" паттерну экспрессии десятков генов в печени самцов при ограничении калорий, что потенциально ведёт к наблюдаемому уменьшению размера», — говорит Саито.
«Самки, уже меньшие по размеру, могут пострадать от негативных эволюционных последствий, если потеряют вес. Таким образом, разумной и очень интересной гипотезой является то, что генетический вариант, влияющий на реакцию на пищевой стресс, эволюционировал специфичным для пола образом», — говорит Мю.
«Несмотря на распространённость в человеческих популяциях, эта уникальная генетическая делеция не наблюдалась ни у одного другого живого вида», — говорит Ресендез. «Это затрудняет её изучение. Однако научные достижения теперь позволяют редактировать геномы целенаправленно. Это позволило нам создать модель мыши с делецией, чтобы мы могли внимательно наблюдать её эффекты в контролируемых условиях».
«Сейчас захватывающее время для исследований эволюции человека, когда можно интегрировать данные древних геномов, технологии редактирования генов и передовые математические подходы, чтобы рассказать человеческую историю во всей её сложной красоте», — говорит Гёкджумен.