科學家的這些基因可以成為人類進化的關鍵

多倫多唐納利中心的研究人員發現，以前被認為在不同生物體中具有相似作用的數十種基因實際上是人類獨有的，可以幫助解釋我們的物種是如何存在的。

這些基因編碼一類稱為轉錄因子或TF的蛋白質，它們控制基因活性。TF識別稱為motifs的DNA代碼的特定片段，并將它們用作著陸點以結合DNA并打開或關閉基因。

以前的研究表明，不同生物體看起來相似的TF也會結合相似的圖案，即使在果蠅和人類等多種物種中也是如此。但是，Donnelly細胞和生物分子研究中心的Timothy Hughes教授實驗室的一項新研究表明，情況并非總是這樣。

研究人員在“自然遺傳學”雜志上撰文，描述了一種新的計算方法，使他們能夠更準確地預測每種TF在許多不同物種中結合的基序序列。研究結果表明，TF的一些子類在功能上比以前認為的要多得多。

“即使在密切相關的物種之間也存在可能與新序列結合的TF不可忽略的部分，”休斯實驗室的前研究生Sam Lambert說，他完成了該論文的大部分工作，后來搬到了大學。劍橋大學博士后。

“這意味著它們可能通過調節不同基因而具有新功能，這可能對物種差異很重要，”他說。

即使在黑猩猩和人類之間，其基因組99%相同，也有數十種TF識別兩種物種之間的不同基序，其方式會影響數百種不同基因的表達。

“我們認為這些分子差異可能會導致黑猩猩與人類之間的一些差異，”蘭伯特說道，他因在U of T醫學院獲得杰出博士研究而獲得詹妮弗多林頓研究生獎。

為了重新分析基序序列，Lambert開發了新的軟件，該軟件尋找TFs的DNA結合區域之間的結構相似性，這些區域與它們結合相同或不同DNA基序的能力有關。如果來自不同物種的兩個TF具有相似的氨基酸組成，蛋白質的構建塊，它們可能結合相似的基序。但與將這些區域作為一個整體進行比較的舊方法不同，蘭伯特自動為那些直接接觸DNA的氨基酸(整個區域的一小部分)賦予更大的價值。在這種情況下，兩個TF可能看起來總體上相似，但如果它們在這些關鍵氨基酸的位置上不同，則它們更可能結合不同的基序。當Lambert比較不同物種的所有TF并與所有可用的基序序列數據匹配時，

這一發現與先前的研究相矛盾，該研究表明，幾乎所有人類和果蠅TF都結合相同的基序序列，并且要求科學家們謹慎，希望通過僅研究簡單生物體中的對應物來獲得關于人類TF的見解。

“有這種想法已經堅持下去，即TFs在人類和果蠅之間結合幾乎相同的圖案，”Hughes說，他也是加拿大分子遺傳學系和加拿大高等研究院院士的教授。 。“雖然有許多例子證明這些蛋白質在功能上是保守的，但這絕不是已被接受的程度。”

至于具有獨特人類作用的TF，它們屬于迅速發展的所謂C2H2鋅指TF類，以含鋅離子的指狀突起命名，它們與DNA結合。

它們的作用仍然是一個懸而未決的問題，但眾所周知，具有更多不同TF的生物也具有更多細胞類型，這些細胞類型可以以新穎的方式組合在一起以構建更復雜的體。

休斯很高興看到一些誘人的可能性，這些鋅指TF可能是人類生理和解剖學的獨特特征 - 我們的免疫系統和大腦，它們是動物中最復雜的。另一個問題涉及性別二態性：指導配偶選擇的無數可見且通常不太明顯的性別差異 - 對生殖成功有直接影響的決定，并且長期對生理學也有深遠的影響。男性的孔雀尾巴或面部毛發是這種特征的經典例子。

“人類遺傳學中幾乎沒有人研究性別二態性的分子基礎，但這些都是人類彼此看到的特征，我們都很著迷，”休斯說。“如果我能弄清楚如何做到這一點，我很想在職業生涯的后半段工作!”