Istraživači u Donnelly centru u Torontu otkrili su da su desetine gena, za koje se ranije smatralo da imaju slične uloge u različitim organizmima, zapravo jedinstvene za ljude i da bi mogle pomoći da se objasni kako je naša vrsta nastala.
Ovi geni kodiraju za klasu proteina poznatih kao faktori transkripcije, ili TF, koji kontrolišu aktivnost gena. TF-ovi prepoznaju specifične isječke DNK koda koji se nazivaju motivi i koriste ih kao odredišta za vezanje DNK i uključivanje ili isključivanje gena.
Prethodno istraživanje je sugeriralo da TF-ovi koji izgledaju slično u različitim organizmima također vezuju slične motive, čak i kod različitih vrsta poput voćnih mušica i ljudi. Ali nova studija iz laboratorije profesora Timothyja Hughesa, u Donnelly centru za ćelijska i biomolekularna istraživanja, pokazuje da to nije uvijek slučaj.
Pišući u časopisu Nature Genetics, istraživači opisuju novu računsku metodu koja im je omogućila da preciznije predvide sekvence motiva koje svaki TF vezuje u mnogo različitih vrsta. Nalazi otkrivaju da su neke podklase TF-a mnogo funkcionalnije raznovrsnije nego što se ranije mislilo.
"Čak i između blisko srodnih vrsta postoji nezanemarljiv dio TF-ova koji će vjerovatno vezati nove sekvence," kaže Sam Lambert, bivši diplomirani student u Hughesovoj laboratoriji koji je uradio većinu posla na papiru i otkako se preselio na Univerzitet Cambridge radi postdoktorskog staža.
"To znači da će vjerovatno imati nove funkcije regulacijom različitih gena, što može biti važno za razlike u vrstama", kaže on.
Čak i između čimpanzi i ljudi, čiji su genomi 99 posto identični, postoje desetine TF-ova koji prepoznaju različite motive između dvije vrste na način koji bi uticao na ekspresiju stotina različitih gena.
"Mislimo da bi ove molekularne razlike mogle pokretati neke od razlika između šimpanzi i ljudi", kaže Lambert, koji je osvojio nagradu za diplomska istraživanja Jennifer Dorrington za izvanredno doktorsko istraživanje na Medicinskom fakultetu U of T.
Da bi ponovo analizirao sekvence motiva, Lambert je razvio novi softver koji traži strukturne sličnosti između TF-ovih DNK vezujućih regija koje se odnose na njihovu sposobnost da vežu iste ili različite DNK motive. Ako dva TF-a, iz različitih vrsta, imaju sličan sastav aminokiselina, gradivnih blokova proteina, vjerovatno vezuju slične motive. Ali za razliku od starijih metoda, koje upoređuju ove regije u cjelini, Lambertova automatski pripisuje veću vrijednost onim aminokiselinama – djeliću cijele regije – koje direktno kontaktiraju DNK. U ovom slučaju, dva TF-a mogu izgledati slično ukupno, ali ako se razlikuju u položaju ovih ključnih aminokiselina, vjerojatnije je da će vezati različite motive. Kada je Lambert uporedio sve TF-ove među različitim vrstama i uporedio sa svim dostupnim podacima o sekvencama motiva, otkrio je da mnogi ljudski TF-ovi prepoznaju različite sekvence - i stoga regulišu različite gene - od verzija istih proteina kod drugih životinja.
Nalaz je u suprotnosti s ranijim istraživanjima, u kojima se navodi da gotovo svi TF-ovi ljudi i voćnih mušica vezuju iste sekvence motiva, i predstavlja poziv na oprez naučnicima koji se nadaju da će steći uvid o ljudskim TF-ovima samo proučavanjem njihovih kolega u jednostavnijim organizmi.
"Postoji ideja koja je opstala, a to je da TF vežu gotovo identične motive između ljudi i voćnih mušica," kaže Hughes, koji je također profesor na Odsjeku za molekularnu genetiku U of T i saradnik na Kanadski institut za napredna istraživanja."I dok ima mnogo primjera gdje su ovi proteini funkcionalno očuvani, to nikako nije u mjeri u kojoj je prihvaćen."
Što se tiče TF-ova koji imaju jedinstvenu ljudsku ulogu, oni pripadaju klasi takozvanih C2H2 cink prstiju TF-a koji se brzo razvija, nazvanih po izbočinama nalik prstima koje sadrže jone cinka, s kojima vezuju DNK.
Njihova uloga ostaje otvoreno pitanje, ali je poznato da organizmi sa raznovrsnijim TF-ima imaju i više tipova ćelija, koje se mogu spojiti na nove načine za izgradnju složenijih tijela.
Hughes je uzbuđen zbog primamljive mogućnosti da bi neki od ovih TF-ova cinkovih prstiju mogli biti odgovorni za jedinstvene karakteristike ljudske fiziologije i anatomije - naš imunološki sistem i mozak, koji su najsloženiji među životinjama. Drugi se odnosi na seksualni dimorfizam: bezbroj vidljivih, a često manje očiglednih, razlika između polova koje vode odabir partnera - odluke koje imaju neposredan utjecaj na reproduktivni uspjeh, a također mogu imati dubok utjecaj na fiziologiju na dugi rok. Paunov rep ili dlake na licu kod muškaraca su klasični primjeri takvih osobina.
"Skoro niko u ljudskoj genetici ne proučava molekularnu osnovu seksualnog dimorfizma, ali to su karakteristike koje sva ljudska bića vide jedni u drugima i kojima smo svi fascinirani", kaže Hjuz. "U iskušenju sam da provedem posljednju polovicu svoje karijere radeći na ovome, ako mogu shvatiti kako to učiniti!"
Istraživanje je finansirano grantovima kanadskih instituta za zdravstvena istraživanja, Nacionalnog savjeta za naučna i inženjerska istraživanja i Nacionalnog instituta za zdravlje SAD. Hughes također drži Billesovu katedru za medicinska istraživanja na Univerzitetu u Torontu.
