L’evoluzione del DNA umano unico è stato un atto di bilanciamento, forse spiegando la malattia mentale

Umani e scimpanzé sono più o meno gli stessi, almeno in termini di DNA: solo l’1% è diverso. E ovviamente è interessante osservare queste differenze genetiche: cosa rende il nostro cervello, in particolare, più sofisticato?

A tal fine, gli scienziati hanno studiato i cosiddetti HAR, zone umane accelerate, o parti del genoma che contengono un numero inaspettatamente elevato di differenze tra umani e scimpanzé. Gli HAR sono rimasti stabili nei mammiferi per migliaia di anni, ma sono cambiati molto rapidamente nei primi esseri umani. Gli scienziati si sono chiesti a lungo perché questi tratti di DNA cambino così rapidamente e come le differenze abbiano reso gli esseri umani così diversi dagli altri primati.

All’improvviso tutto è diverso
ricercatori americani Gladstone Institute Ne ha migliaia Sono stati analizzati gli HAR di esseri umani e scimpanzé e si è scoperto che molti cambiamenti avvenuti durante l’evoluzione umana hanno avuto l’effetto opposto. “Questo aiuta a rispondere alla domanda sul perché le HAR si siano evolute così rapidamente dopo essere rimaste immutate per milioni di anni”, ha detto la ricercatrice Katie Pollard. “Forse una delle variazioni di HAR ha causato molta attività, e quindi ha dovuto essere nuovamente indebolita.” Un’attività eccessiva può aumentare il rischio di disturbi mentali. Quindi questo è stato compensato da nuove differenze. I risultati, dice, hanno implicazioni per la comprensione dell’evoluzione umana.

potenziatori
Pollard ha scoperto per la prima volta gli HAR nel 2006 quando ha confrontato i genomi di umani e scimpanzé. E ha dimostrato che la stragrande maggioranza di questi rapporti non sono geni, ma i cosiddetti potenziatori. Queste sono parti del genoma che regolano l’attività genica. È proprio questa funzione potenziata che Pollard e il suo team hanno voluto indagare ulteriormente. In precedenza, questo doveva essere fatto testando gli HAR uno per uno sui topi. Ma con l’aiuto di apprendimento automatico Puoi farlo più velocemente ora. Centinaia di potenziatori noti sono stati inseriti in un programma per computer in modo che potesse identificare schemi che prevedono se un pezzo di DNA è un potenziatore o meno. Il modello ha mostrato che un terzo delle HAR regola lo sviluppo del cervello.

Mobile
Quello che i ricercatori volevano scoprire era fino a che punto tutte le differenze sono necessarie per fare la differenza tra umani e scimpanzé e quali differenze sono più importanti di altre. “Ci siamo chiesti a lungo se tutte le varianti HAR siano necessarie affinché funzionino in modo diverso negli esseri umani o se alcuni cambiamenti sulla schiena siano più importanti”, spiega Pollard.

Per testare ciò, è stato sviluppato un secondo modello di apprendimento automatico. Ciò prevedeva che il 43 percento degli HAR conteneva due o più varianti con significativi effetti opposti: alcune varianti rendevano più forte il rinforzo HAR, mentre altre modifiche lo indebolivano. Questo risultato ha sorpreso i ricercatori, che si aspettavano che tutte le modifiche avrebbero spinto l’ottimizzatore nella stessa direzione o che alcuni vagabondi non avrebbero avuto alcun effetto.

Sequenziamento dell’RNA
Per confermare gli impressionanti risultati della ricerca, i ricercatori hanno combinato ogni HAR con un piccolo codice DNA. Ogni volta che HAR è attivo e amplifica l’espressione di un gene, il codice a barre viene convertito in un frammento di RNA. I ricercatori hanno quindi utilizzato il sequenziamento dell’RNA per analizzare la quantità di codice a barre presente nella cellula. Questa è un’indicazione di quanto HAR attivo è in quella cella.

Un ricercatore ha risposto: “Questo è un metodo più quantificabile perché abbiamo quantità precise di codici a barre piuttosto che immagini microscopiche”. “Possiamo anche esaminare molti HAR, centinaia in una prova”.
I risultati dello studio precedente sono stati confermati dopo esperimenti con più di 700 HAR: le varianti di HAR negli esseri umani hanno avuto di nuovo effetti opposti.

disturbi psichiatrici
Le varianti HAR si adattano perfettamente a una teoria che esiste da tempo sull’evoluzione umana, vale a dire che la maggiore intelligenza della nostra specie è anche la causa della nostra malattia mentale. “Ciò che questi tipi di modelli rivelano è qualcosa che chiamiamo evoluzione compensativa”, afferma Pollard. “C’è stato un grande cambiamento nel potenziatore, ma potrebbe essere stato troppo grande e portare a effetti collaterali dannosi, quindi il cambiamento è stato annullato. Ecco perché stiamo vedendo effetti opposti”.

Non riportare indietro l’orologio
Pollard ipotizza che se i cambiamenti originali nel WOR umano aumentassero l’intelligenza con l’effetto collaterale di un aumento del rischio di malattia mentale, i successivi cambiamenti compensativi potrebbero aver ridotto il rischio di malattia mentale. La ricerca di follow-up dovrebbe mostrare come i rapporti sulla salute umana contribuiscono allo sviluppo della malattia mentale. Di conseguenza, potrebbero essere sviluppati anche nuovi trattamenti per questi disturbi, sospetta il ricercatore.

“Non possiamo tornare indietro nel tempo, quindi non sappiamo esattamente cosa è successo durante l’evoluzione”, afferma Pollard. “Tuttavia, possiamo utilizzare una varietà di tecniche scientifiche per simulare ciò che potrebbe accadere e identificare i cambiamenti del DNA che meglio spiegano aspetti unici del cervello umano, inclusa la sua predisposizione ai disturbi psichiatrici”.