在一项新的研究中，来自美国杜克大学的研究人员确定了一组人类DNA序列，它们驱动着大脑发育、消化和免疫方面的变化，这些变化似乎是在我们的家系从黑猩猩的家系中分离出来之后，但在我们与尼安德特人分裂之前就已经迅速进化。相关研究结果发表在2022年11月23日的Cell期刊上，论文标题为“Adaptive sequence divergence forged new neurodevelopmental enhancers in humans”。
与猿类相比，我们的大脑更大，我们的肠道更短。论文通讯作者、杜克大学医学院分子遗传学与微生物学助理教授Craig Lowe博士说，“在我们与黑猩猩的共同祖先分离以来的750万年里，我们认为独特的人类和人类特有的许多特征可能出现在这一时期。”
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具体来说，这些称为人类祖先快速进化区（Human Ancestor Quickly Evolved Regions, HAQERS）的DNA序列调节基因。它们是告诉附近基因何时开启和关闭的开关。
Lowe说，基因组中这些区域的快速进化似乎对调节控制进行微调。随着序列成为调控区域，更多的开关被添加到人类基因组中，而且它们被更精细地调整以适应环境或发育线索。总体来说，这些变化对我们的物种是有利的。
Lowe说，“我们认为它们似乎特异性地导致基因开启，只是在某些细胞类型的发育过程中，或者甚至在环境以某种方式发生变化时导致基因开启。”
很多这种基因组创新是在大脑发育和胃肠道中发现的。Lowe说，“我们看到了很多在这些组织中开启的调节元件。在这些组织中，人类正在优化哪些基因表达以及它们的表达水平。”
当前，我们的大脑比其他类人猿大，而我们的肠道却更短。Lowe说，“人们猜测这两者甚至是有联系的，因为它们是两种非常昂贵的代谢组织。我认为我们所看到的是，并不是真地有一种突变给了你一个大的大脑和一种突变真正让肠道缩短，很可能是随着时间的推移有许多这样的小变化。”
为了取得这些新的发现，Lowe实验室与杜克大学生物统计学与生物信息学副教授Tim Reddy和杜克大学分子遗传学与微生物学副教授Debra Silver合作。Reddy实验室能够同时观察数百万个基因开关，Silver能够观察发育中的小鼠大脑中的基因开关。
图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.10.016。
Lowe说，“我们的贡献是，如果我们能把这两种技术结合起来，那么我们就能在这种复杂的发育中组织中观察数百个基因开关，这是你无法从细胞系中真正得到的。”
Lowe说，“我们想确定那些在人类中全新的基因开关。”通过计算，他们能够推断出人类-黑猩猩祖先和以及已灭绝的尼安德特人和丹尼索瓦人的DNA会是什么样子。他们能够比较这些其他后黑猩猩亲属的基因组序列，这要归功于2022年诺贝尔奖得主Svante Pääbo的开创性工作所创建的数据库。“因此，我们知道尼安德特人序列，但让我们测试一下尼安德特人序列，看看它是否真地能能够开启基因”，而且他们测试了几十次。
Lowe说，“我们发现，哇，这真地是开启和关闭基因的开关。看到这种新的基因调控来自于全新的基因开关，而不仅仅是对已经存在的开关进行重新布线，这真地很有趣。”
除了HAQER赋予人类有益特性外，它们也可能与一些疾病有关。Lowe说，我们大多数人都有非常相似的HAQER序列，但也有一些变异，“我们能够证明这些变异往往与某些疾病---高血压、成神经细胞瘤、单相抑郁症、双相抑郁症和精神分裂症---相关。”Lowe说，这方面的作用机制尚不清楚，在这些领域还必须做更多的研究。
Lowe说，“也许人类特有的疾病或人类特有的对这些疾病的敏感性将优先对应到这些只存在于人类的新的基因开关上。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Riley J. Mangan et al. Adaptive sequence divergence forged new neurodevelopmental enhancers in humans, Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.10.016.
