O regulamento do gene determina diferenças do humano-chimpanzé

As diferenças vastas entre seres humanos e chimpanzés são devidas mais às mudanças no regulamento do gene do que as diferenças em genes individuais elas mesmas, pesquisadores de Yale, a Universidade de Chicago, e o instituto de Walter e de Eliza Salão em Austrália, argumente na introdução do 9 de março de 2006 da natureza do jornal.

Os cientistas fornecem a evidência nova poderosa para uma teoria dos anos de idade 30, propor em um papel clássico do rei de Mary-Claire e do Allan Wilson de Berkeley. Que o papel 1975 documentou a similaridade de 99 por cento dos genes dos seres humanos e dos chimpanzés e sugeriu que regulamento alterado do gene, um pouco do que muda na codificação, pôde explicar como tão poucas mudanças genéticas poderiam produzir as diferenças anatômicas e comportáveis largas entre os dois.

Usando a tecnologia nova da gene-disposição para medir simultaneamente a extensão da expressão genética nos milhares de genes, este estudo mostra que como os seres humanos divergiram de seus antepassados do macaco nos últimos cinco milhão anos, os genes para os factores da transcrição - que controle a expressão de outros genes - eram quatro vezes tão prováveis ter mudado seus próprios testes padrões da expressão como os genes que regulam.

Porque influenciam a actividade de muitos alvos genéticos “a jusante”, as pequenas alterações na expressão destes genes reguladores podem ter um impacto enorme.

“Quando nós olhamos a expressão genética, nós encontramos razoavelmente pequenas alterações em 65 milhão anos do macaque, do orangotango, e da evolução do chimpanzé,” disse o estudo autor Yoav Gilad, Ph.D., professor adjunto da genética humana na Universidade de Chicago, “seguido pela mudança rápida, ao longo dos cinco milhão anos da linhagem humana, que foi concentrada nestes grupos específicos de genes. Esta evolução rápida em factores da transcrição ocorreu somente nos seres humanos.”

“Por 30 anos onde os cientistas suspeitaram que o regulamento do gene jogou um papel fundamental na evolução humana,” disse o branco de Kevin, o Ph.D., o professor adjunto da genética e a ecologia e a evolução em Yale e no autor superior do estudo. “Além do que o apoio do empréstimo à ideia que muda no regulamento do gene é uma parte fundamental de nossa história evolucionária, estes resultados novos ajuda a definir exactamente que os factores reguladores podem ser importantes, pelo menos em determinados tecidos. Isto ajuda aberto a porta a uma dissecção funcional do papel do regulamento do gene durante a evolução de seres humanos modernos.”

Para medir mudanças na expressão genética da espécie diferente, o branco e Gilad desenvolveram a primeira disposição do gene das multi-espécies. Isto permitiu que comparassem o nível de expressão de mais de 1.000 genes entre seres humanos, chimpanzés, orangotango e macaques do rhesus - representar aproximadamente 70 milhão anos de evolução. Para fazer as amostras comparáveis, os pesquisadores estudaram o tecido do fígado - uma das fontes as mais homogêneas - de cinco homens adultos de cada um das quatro espécies.

Centraram-se sua busca sobre níveis da expressão de dois grupos de genes, daqueles que permaneceram pela maior parte inalterados através de todas as quatro espécies, de sugerir que havia pouca sala - ou necessidade - para a melhoria, e daquelas que mudaram o mais dramàtica, geralmente na linhagem humana - uma indicação de incentivos poderosos adaptar-se a um ambiente em mudança.

Dos 1.056 genes de todas as quatro espécies, 60 por cento tiveram níveis razoavelmente consistentes da expressão através de todas as quatro espécies. “Os níveis da expressão destes genes parecem ter permanecido constantes por aproximadamente 70 milhão anos,” os autores escreveram, “sugerindo que seu regulamento estivesse sob a limitação evolucionária.”

Muitos destes genes são envolvidos em processos celulares básicos. Os autores sugerem que isso alterar o regulamento destes genes fundamentais e antigos possa ser prejudicial. De facto, cinco dos 100 genes os mais estáveis alteraram níveis da expressão no cancro do fígado.

Quando igualmente procuraram genes humanos com níveis significativamente mais altos ou mais baixos da expressão, encontraram 14 genes com expressão aumentada e cinco com expressão diminuída. Quando somente dez por cento dos genes na disposição total eram factores da transcrição, 42 por cento daqueles com expressão aumentada nos seres humanos eram. Nenhuma daquelas com mais baixa expressão era factores da transcrição. Este teste padrão, autores nota, é consistente com “a selecção direccional.”

Os estudos precedentes encontraram que muitos destes mesmos genes igualmente evoluíram ràpida nos seres humanos, acumular muda em sua seqüência de codificação assim como em taxas da expressão. “Junto,” adicionam, de “aumento estes resultados a possibilidade que a função e o regulamento de factores da transcrição estiveram alterados substancialmente na linhagem humana.”

Esta é muito uma maneira eficaz de fazer mudanças grandes com esforço muito pequeno, de acordo com Gilad. Alterando factores da transcrição, a rede reguladora inteira pode mudar com muito poucas mutações, aumentando o impacto e minimizando o risco.

“A pergunta grande,” disse, “é porque são os seres humanos tão diferentes? O que muda meio no ambiente ou no estilo de vida conduziria uma SHIFT tão rápida na expressão dos genes - neste caso no fígado - nos seres humanos e em nenhum outro primata?”

Parte da resposta, suspeita, é alterações rápidas na dieta, relativa provavelmente à aquisição do incêndio e à preferência emergente para o alimento cozido. “Nenhum outro animal confia no alimento cozido,” disse. “Talvez algo no processo de cozimento alterou as exigências bioquímicas para que o acesso máximo aos nutrientes assim como a necessidade processe as toxinas naturais encontradas em alimentos de vegetal e animal.”

Este é apenas o primeiro de uma série de estudos similares, disse Gilad, que olhará mudanças na expressão genética sobre o tempo evolucionário. Os passos seguintes são olhar disposições maiores de genes e centrar-se sobre outros tipos do tecido.