Naukowcy postanowili znaleźć odpowiedź na pytanie, które spośród tysięcy długich odcinków powtórzeń DNA pojawiły się jako pierwsze w genomie i które z nich powstały w wyniku duplikacji.
Genomy mają niezwykłą zdolność do kopiowania długich odcinków DNA z jednego chromosomu i “wklejania” ich w innym regionie genomu. W rezultacie powstają powtórzone fragmenty DNA tzw. duplikacje segmentów, które kryją w sobie wiele tajemnic ewolucji. Poznanie ich funkcji jest trudne, ale może mieć ogromne znaczenie dla szybkiego rozwoju medycyny i zrozumienia procesów ewolucji.
Naukowcy stworzyli pierwszy w historii model historii ewolucyjnej duplikacji w ludzkim genomie. Ta praca jest dużym krokiem w stronę zrozumienia, jak zmiany w genomie kształtowały współczesnego człowieka, kiedy pojawiały się duplikacje i które zmiany mogą wywołać procesy chorobowe.
Nowy model historii ewolucyjnej został stworzony przez grupę specjalistów interdyscyplinarnych pod kierownictwem biologa Evana Eichlera z University of Washington School of Medicine oraz informatyka Pavel’a Pevzner’a z University of California w San Diego (USA). Publikację prezentującą szczegóły odkrycia można przeczytać w wydaniu online czasopisma “Nature Genetics”.
Aby złamać kod duplikacji i określić które segmenty DNA pochodzą od przodka, a które są kopiami genomu badacze wykorzystali metody z biologii algorytmów i genomiki porównawczej. “Identyfikacja oryginalnych duplikacji jest konieczna do zrozumienia co sprawia, że ludzki genom jest niestabilny“, mówi Pavel Pevzner, twórca algorytmu do wykrywania oryginalnych sekwencji w genomie. Z kolei autor publikacji Evan Eichler dodaje: “Po raz pierwszy udało się pokazać pochodzenie ewolucyjne dla niektórych spośród najbardziej skomplikowanych regionów w genomie ludzkim“.
Naukowcom udało się odkryć pochodzenie dla więcej niż dwie trzecie długich fragmentów powtórzonego DNA. Na łamach “Nature Genetics” przedstawili oni dwa duże odkrycia wynikające z ich analiz.
W jednej pracy autorzy sugerują, że specyficzne regiony ludzkiego genomu doświadczyły zwiększonej liczby duplikacji w różnym czasie. Te wyniki zaprzeczają większości obecnie uznawanych modeli duplikacji genomowych, w których sugeruje się ciągły model duplikacji. W drugiej publikacji naukowcy pokazali, że zdecydowana część duplikacji ogranicza się do raczej niewielkiego zbioru tzw. centrów duplikonów, czyli krótkich fragmentów DNA, które wspólnie prowadzą do duplikacji segmentów. Te centra są punktem wyjścia dla innowacji w ludzkich genach.
“Zaobserwowaliśmy, że nie wszystkie duplikacje w ludzkim genomie są tworzone jednakowo. Niektóre - centra duplikonów- zdają się być odpowiedzialne za obecne zmiany w genomie“, wyjaśnia Pevner. Naukowcom udało się zidentyfikować aż14 takich centrów.
“Na 4 z 14 przypadków, mamy silne dowody, że geny osadzone wewnątrz centrów są powiązane z niedawnymi zmianami w ludzkim genomie. W dwóch przypadkach centrum duplikonu było częścią nowej fuzji genów, związanej z drastyczną zmianą funkcji“, komentują autorzy pracy w Nature Genetics. “Takie wyniki dowodzą, że wysoki procent chorób wywoływanych przez duplikacje w normalnej populacji, który można oszacować na 1/500 i 1/1000 (liczba chorych przypadająca na liczbę urodzeń) może być równoważona przez pojawianie się nowych specyficznych genów wewnątrz duplikacji. Następnym zadaniem powinno być określenie funkcji tych nowych genów“, mówi Eichler.
Joanna Kasprzak (Czwojdrak)
źródło: ScienceDaily.com
———————————
Oryginalna publikacja: Zhaoshi Jiang et al., “Ancestral reconstruction of segmental duplications reveals punctuated cores of human genome evolution”, Nature Genetics, Published online: 7 October 2007, doi:10.1038/ng.2007.9
