Megtalálták a gént, ami miatt farkát veszítette az ember – de a születési rendellenességekre is hajlamosabbá vált

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Az egértől a majmokig a legtöbb emlősnek van farka, ám az embernek és rokonainak, az emberféléknek nincsen. Ez önmagában nem nagy hír, az viszont igen, hogy kutatók most göngyölítették fel azt az egyszerű genetikai változást, amely megrövidítette az emberi hátsó felet: egy kóborló DNS-darabka új kromoszomális otthonra lelt, és megváltoztatta, ahogy a főemlősök egy a fejlődésben kulcsfontosságú fehérjét előállítanak. 

Az eredmények emellett arra utalnak, hogy ennek a genetikai változásnak van egy kevésbé látványos, ám veszélyesebb következménye is: megnőtt a gerincvelőt érintő születési rendellenességek kockázata.

A tanulmányt egyelőre preprint formában tették közzé, azaz nem esett át szakértő kutatók ellenőrzésén, ám a kutatásban részt nem vevő Hopi Hoekstra, a Harvard Egyetem evolúciós biológusa máris „csodálatos munkának” nevezte, hozzátéve, hogy a vizsgálat „azt a lenyűgöző kérdést feszegeti, hogy mi tesz minket emberré”, emellett azt is új szemszögből mutatja be, hogyan mehetnek végbe a hasonló evolúciós változások.

A genom vándorai

A tanulmány első szerzője, Po Hszia kínai kutató, aki jelenleg a New York Egyetem Grossman Orvosi Egyetemén tanul, már gyerekként azon tűnődött, miért is nincs farkuk az embereknek, és egy néhány évvel ezelőtti farokcsontsérülés ismét felébresztette a kíváncsiságát. Az elmúlt években jelentős számú főemlősgenomot szekvenáltak, így nekilátott főemlősspecifikus változásokat keresni azokban a génekben, amikről tudni lehet, hogy szerepet játszanak a farok kifejlődésében. A TBXT nevű gén nagyon gyanús volt: egy rövid beékelődő génszakasz, egy úgynevezett Alu elem jelen volt az összes emberfélében, de hiányzott a többi főemlősből.

Az Alu szekvenciák jönnek-mennek a genomban, nem véletlen, hogy néha ugrógénnek vagy felcserélhető elemeknek is nevezik őket. Gyakoriak az emberi genomban, mintegy 10 százalékát adják a DNS-ünknek (így hangzik igazán rosszul, hogy az Alu elemek talán ősi vírusok maradványai). Az Alu olykor beékelődik egy génbe, és meggátolja, hogy fehérjét állítson elő, más esetekben szerteágazó hatásai vannak, és abba avatkozik bele, hogyan és hol fejeződjön ki az adott génhez tartozó fehérje. 

Ezek a tulajdonságok az evolúciós változékonyság hajtóművévé teszik – mondta a Science-nek Pascal Gagneux evolúciós biológus, a Kaliforniai Egyetem (San Diego) munkatársa. A beékelődésnek „ára van, de néha a szervezet megüti vele a főnyereményt”, azaz olyan jó tulajdonság származik belőle, amit aztán megőriz a törzsfejlődés.

A rövid farok fehérje

A TBXT gén egy olyan fehérjét kódol, aminek a görög eredetű neve – brachyury – rövid farkat jelent, mivel a gén mutációi miatt rövidebb farkú egerek születhetnek. Első pillantásra azonban a főemlős-specifikus Alu elem nem szakította meg a gént. Alaposabb vizsgálatok után Hszia felfedezett egy másik Alu elemet is a közelben ólálkodni: ez az elem mind a majmokban, mind a főemlősökben jelen van, utóbbiaknál azonban két Alu összeragadhat, és olyan hurkot formáz, amely már megváltoztatja a TBXT kifejeződését – következésképp olyan fehérje jön létre, amely kissé rövidebb, mint az eredeti. Hoekstra szerint ez a megfigyelés különösen ügyes volt, neki nem feltétlenül tűnt volna fel, hogy ez a mutáció vizsgálatra érdemes.

Hszia és kollégája azt találta, hogy az emberi embrionális őssejtek két verziót készítenek a TBXT hírvivő RNS-éből (mRNS-éből), egy rövidebbet és egy hosszabbat. Az egér sejtjei azonban csak a hosszabb változatot állítják elő. Hogy a sejtésüket megerősítsék, a kutatók ez után CRISPR technikával távolították el emberi embrionális őssejtekből hol az egyik, hol a másik Alu elemet. Akármelyiket is vették ki, a rövidebb mRNS-verzió eltűnt.

A megrövidült fehérje hatásait ellenőrizendő Hsziáék CRISPR-rel laboregerek génjeit módosították úgy, hogy a TBXT rövidebb változatával rendelkezzenek. Azok az egérembriók, amelyeknél a génpár mindkét tagja megrövidült, nem élték túl a kísérletet, azok azonban, amelyeknél az egyik gén a hosszú, a másik a rövidebb változat volt, túléltek, és különféle hosszúságú farkakkal születtek: volt olyan példány, amelynek egyáltalán nem nőtt farka, egy másiknak pedig majdnem elérte a normális hosszúságot.

Ennek alapján Hszia és kollégái arra következtettek, hogy a TBXT rövidebb változata szerepet játszik a farok kifejlődésében. Mivel a kísérleti egerek farkhossza változatos volt, minden bizonnyal más gének is közreműködhettek abban, hogy az emberfélék és az ember farka teljesen eltűnjön. Ám a főemlős-specifikus Alu beékelődése Hszia szerint nagy valószínűséggel kritikus fontosságú volt abban, hogy ma nincs farkunk. Mindez nagyjából 25 millió éve történhetett, amikor az emberfélék fejlődése más irányt vett, mint a többi majomé – tette hozzá a projekt koordinálásában részt vevő Itai Yanai fejlődési genetikus a New York Egyetem Langone Egészségügyi Karáról.

A farkatlanság ára

A genetikailag módosított egereknél szokatlanul nagy számban fordultak elő velőcső-rendellenességek – ezek közé tartozik a viszonylag gyakori nyitott gerinc, valamint a súlyos anencephalia, amikor az agy és a koponya egyes részei nem fejlődnek ki. A velőcsőzáródás zavarai embereknél körülbelül minden ezredik újszülöttet érintenek.

Yanai szerint az egereknél megfigyelt jelenség arra utal, hogy a farok elvesztéséért nagy árat fizetett az ember, és ennek még mindig érezhetők az utóhatásai, bár „biztosan egyértelmű előnye volt a farok hiányának, akár a hatékonyabb helyváltoztatás, akár valami más”. A kutatásban nem közreműködő Hoekstra szerint ugyanakkor az egereknél látott rendellenességek másból is fakadhatnak, mint az embereknél előforduló hasonló zavarok.

Gagneux szerint az Alu elemekről szóló eredmény rendkívül érdekes, és számos további kérdést vet fel: például hogy a megrövidült fehérje hogyan vezethet a velőcső-rendellenességek kialakulásához. Néhány ember pedig ma is csökevényes farokkal születik, az ő genomjuk szekvenálása talán további információkat szolgáltatna erről az evolúciós változásról.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: