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In einem Gen, das an Wachstum gebunden ist, sehen Wissenschaftler Schimmer der Menschheitsgeschichte

by drbyos
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Eine neue Studie befasst sich mit der Evolution und Funktion des menschlichen Wachstumshormonrezeptors und fragt, welche Kräfte in der Vergangenheit der Menschheit Veränderungen an diesem lebenswichtigen Stück DNA bewirkt haben könnten.

Die Forschung zeigt auf mehreren Wegen, dass eine verkürzte Version des Gens – eine Variante, die als GHRd3 bekannt ist – Menschen helfen kann, in Situationen zu überleben, in denen Ressourcen knapp oder unvorhersehbar sind.

Die Ergebnisse werden am 24. September in . veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.

Hier ist die Geschichte, die die Studie erzählt: GHRd3 entstand vor etwa 1-2 Millionen Jahren und war wahrscheinlich die überwiegend vorherrschende Version des Gens bei den Vorfahren des modernen Menschen sowie bei Neandertalern und Denisova-Menschen.

Dann: “In den letzten 50.000 Jahren wird diese Variante weniger verbreitet, und die Häufigkeit dieser Variante bei den von uns untersuchten ostasiatischen Bevölkerungsgruppen nimmt massiv ab, wobei die geschätzte Allelfrequenz von 85% auf 15% sinkt. in den letzten 30.000 Jahren”, sagt der Evolutionsbiologe Omer Gokcumen von der University of Buffalo. „Da stellt sich die Frage: Warum? Wurde diese Variante in der Vergangenheit bevorzugt und ist in letzter Zeit aus der Gunst der Evolution gefallen?

Die Forschung liefert neue Einblicke in die Funktion von GHRd3, die möglicherweise erklären, warum diese evolutionären Veränderungen aufgetreten sind, und zeigen, dass die Variante bei der Bewältigung von Ernährungsstress nützlich sein kann.

“Wir denken, dass diese Variante dort von Vorteil ist, wo es Hungerperioden gibt, was für den größten Teil der menschlichen Evolution der Fall war”, sagt Gokcumen, PhD, außerordentlicher Professor für biologische Wissenschaften am UB College of Arts and Sciences. Im Hinblick auf die schwindende Bedeutung von GHRd3 in der jüngeren Menschheitsgeschichte spekuliert er, dass “vielleicht die schnellen technologischen und kulturellen Fortschritte in den letzten 50.000 Jahren einen Puffer gegen einige der Ressourcenschwankungen geschaffen haben, die GHRd3 in der Vergangenheit so vorteilhaft gemacht haben.”

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„GHRd3 ist interessant, weil es sich um eine sehr häufige Deletion handelt, die zwischen Ihnen und mir bei Menschen unterschiedlich ist“, sagt Marie Saitou, PhD, Tenure-Track-Forscherin an der Norwegischen Universität für Biowissenschaften und ehemalige Postdoktorandin in Gokcumens Labor an der UB. “Normalerweise ändern sich diese wichtigen fundamentalen Gene nicht von Mensch zu Mensch und sind sogar bei anderen Tieren hoch konserviert.”

Die Arbeit wurde von Saitou geleitet; Skyler Resendez, PhD, ein neuer UB-Absolvent in Biowissenschaften, der jetzt Postdoc in biomedizinischer Informatik an der Jacobs School of Medicine and Biomedical Sciences der UB ist; Xiuqian Mu, MD, PhD, außerordentlicher Professor für Augenheilkunde an der Jacobs School der UB und am Ross Eye Institute; und Gökcumen. Ein internationales Team von Mitarbeitern steuerte Perspektiven in diese Studie bei, die fortschrittliche Methoden der Populationsgenetik mit der Forschung an einem Mausmodell kombinierte, um die komplizierte Geschichte und Funktion einer genetischen Variante zu verstehen.

Ein genauer Blick auf mögliche Funktionen von GHRd3

Das Wachstumshormonrezeptor-Gen spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Reaktion des Körpers auf Wachstumshormone und hilft, Prozesse zu aktivieren, die zum Wachstum führen.

Um die Evolutionsgeschichte des Gens zu untersuchen, untersuchten Wissenschaftler das Genom vieler moderner Menschen sowie das von vier archaischen Homininen – drei Neandertalern aus verschiedenen Teilen der Welt und einem Denisova. (Alle vier hatten die GHRd3-Variante.)

Das Team untersuchte auch die modernen Funktionen von GHRd3. Die Forscher fanden beispielsweise heraus, dass die GHRd3-Variante bei einer Gruppe von Kindern, die schwere Unterernährung ertragen und überlebt hatten, mit besseren Ergebnissen verbunden war.

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Darüber hinaus unterstützten Studien an Mäusen die Idee, dass GHRd3 dazu beiträgt, die Reaktion des Körpers auf Nahrungsmittelknappheit zu regulieren. Männliche Mäuse mit dieser Variante hatten einige biologische Ähnlichkeiten mit Mäusen, die einen eingeschränkten Zugang zu Nahrung hatten – Eigenschaften, die beim Überleben von Ernährungsstress von Vorteil sein können, fand die Studie.

Und als Wissenschaftler männliche Mäuse mit GHRd3 auf eine kalorienarme Diät setzten, waren die Tiere mit 2 Monaten kleiner als ihre Artgenossen ohne die Variante. Dies kann in Zeiten von Ernährungsstress von Vorteil sein, da kleinere Körper weniger Nahrung benötigen. Da die Wirkung von GHRd3 bei Weibchen nicht so ausgeprägt war, hatten männliche und weibliche Mäuse, die die Variante trugen, die gleiche Größe, wenn sie eine kalorienarme Ernährung erhielten (normalerweise sind Männchen deutlich größer als Weibchen).

„Unsere Studie weist auf geschlechts- und umweltspezifische Effekte einer verbreiteten genetischen Variante hin. Bei den Mäusen haben wir beobachtet, dass Ghrd3 unter Kalorienrestriktion zu einem ‚weiblichen‘ Expressionsmuster von Dutzenden von Genen in männlichen Lebern führt, was möglicherweise zu einer zu der beobachteten Größenreduktion”, sagt Saitou.

„Weibchen, die bereits kleiner sind, können negative evolutionäre Folgen haben, wenn sie Körpergewicht verlieren. Daher ist es eine vernünftige und auch sehr interessante Hypothese, dass sich eine genetische Variante, die die Reaktion auf Ernährungsstress beeinflussen kann, geschlechtsspezifisch entwickelt hat.“ “, sagt Mu.

“Trotz ihrer Prävalenz in der menschlichen Bevölkerung wurde diese einzigartige genetische Deletion bei keiner anderen lebenden Spezies beobachtet”, sagt Resendez. „Dies erschwert die Untersuchung. Der wissenschaftliche Fortschritt ermöglicht es uns jedoch, Genome gezielt zu bearbeiten. Dadurch konnten wir ein Mausmodell generieren, das die Deletion enthält, um deren Auswirkungen genau und kontrolliert beobachten zu können.“

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„Es ist eine aufregende Zeit für die Erforschung der menschlichen Evolution, in der es jetzt möglich ist, Daten aus alten Genomen, Genbearbeitungstechnologien und fortschrittlichen mathematischen Ansätzen zu integrieren, um die menschliche Geschichte in all ihrer chaotischen Pracht zu erzählen“, sagt Gokcumen.

Zu den Autoren der Studie gehörten neben Gokcumen, Mu, Resendez und Saitou G. Ekin Atilla-Gokcumen und Apoorva Pradhan vom UB Department of Chemistry; Fuguo Wu in der UB-Abteilung für Augenheilkunde; Natasha Lie und Nancy Hall am Baylor College of Medicine; Qihui Zhu am Jackson Laboratory for Genomic Medicine; Charles Lee am Jackson Laboratory for Genomic Medicine und First Affiliated Hospital der Xi’an Jiaotong University; Laura Reinholdt und Gary Churchill im Jackson Laboratory in Bar Harbor; Yoko Satta bei SOKENDAI; Leo Speidel am University College London und am Francis Crick Institute; Shigeki Nakagome am Trinity College Dublin; und Neil Hanchard vom National Human Genome Research Institute.

Die Forschung wurde von der US National Science Foundation unterstützt; die BrightFocus-Stiftung; das National Eye Institute und das National Institute on Aging, beide Teil der US National Institutes of Health; das Collaborative Learning and Integrated Mentoring in the Biosciences (CLIMB) Programm an der UB; die Doris Duke Charitable Foundation; und der landwirtschaftliche Forschungsdienst des US-Landwirtschaftsministeriums; das erste angegliederte Krankenhaus der Xi’an Jiaotong Universität; und das Sir Henry Wellcome-Stipendium.

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