Ein Team von studentischen Forschern des John Jay College of Criminal Justice hat menschliche microRNA-Gene entdeckt, die mit keiner anderen Primatenart geteilt werden und die möglicherweise eine wichtige Rolle in der einzigartigen Evolution der menschlichen Spezies gespielt haben. Die Studenten unter der Leitung der John-Jay-Professoren Dr. Hunter R. Johnson und Dr. Nathan H. Lents fanden mindestens drei Familien von microRNA-Genen auf Chromosom 21.
Das Team verwendete Genom-Alignment-Tools, um die neuesten Entwürfe von Menschen- und Schimpansen-Genomen zu vergleichen und akribisch nach neuartigen genetischen Elementen zu suchen, die nur für Menschen einzigartig sind. Beginnend mit dem kleinsten menschlichen Chromosom, Chromosom 21, waren die Forscher überrascht, eine große Region menschlicher einzigartiger DNA namens 21p11 zu finden, die mehrere verwaiste microRNA-Gene beherbergt.
Obwohl das Team herausfand, dass der lange Arm des menschlichen Chromosoms 21 gut mit dem anderer vorhandener Affenarten ausgerichtet ist, ist der kurze Arm schlecht ausgerichtet, was darauf hindeutet, dass sich diese Region des menschlichen Genoms kürzlich und wesentlich von der anderer Primaten unterschieden hat.
Laut ihrer Analyse prähistorischer menschlicher Genome gehen diese Veränderungen auf die Zeit vor der Divergenz von Neandertalern und modernen Menschen zurück. Die Gene zeigen auch wenig bis gar keine sequenzbasierte Variation innerhalb der modernen menschlichen Bevölkerung. Das Team stellte daher die Theorie auf, dass die microRNA (miRNA)-Gene in dieser Region gefunden werden [miR3648 and miR6724] wahrscheinlich in der Zeit entwickelt, seit sich die Abstammungslinien von Schimpansen und Menschen getrennt haben, irgendwann in den letzten sieben Millionen Jahren, und sind spezifisch für Menschen.
Mithilfe von Rechenwerkzeugen entdeckte das Team mit hoher Wahrscheinlichkeit, dass die vorhergesagten Genziele der relevanten miRNAs mit der Embryonalentwicklung zusammenhängen. Sowohl miR3648 als auch miR6724 wurden in Geweben im gesamten menschlichen Körper nachgewiesen, einschließlich des Gehirns, und spielen möglicherweise eine Rolle bei der Entwicklung des einzigartigsten Organs der Menschheit. Die Ergebnisse weisen auf die faszinierende Idee hin, dass diese microRNA-Gene zur ausgeprägten Evolution unserer Spezies und zur Einzigartigkeit der Menschheit beigetragen haben.
„Das Verständnis der genetischen Grundlage für die Einzigartigkeit des Menschen ist ein wichtiges Unterfangen, denn obwohl wir fast 99 % unserer DNA-Sequenzen mit dem Schimpansen teilen, sind wir bemerkenswert unterschiedliche Organismen“, sagte der studentische Forscher José Galván. „Kleine posttranskriptionelle regulatorische Elemente wie miRNAs und siRNAs [small interfering RNA] werden bei dem Versuch, unsere genetischen Unterschiede zu verstehen, unterschätzt und oft missverstanden.“
Dank ihrer geringen Größe und strukturellen Einfachheit haben miRNA-Gene weniger Hindernisse für die De-novo-Erzeugung als andere Gentypen. MicroRNA-Gene können bei der Regulierung anderer Gene äußerst produktiv sein, was bedeutet, dass geringfügige Änderungen der DNA-Sequenz zu weitreichenden Auswirkungen auf das menschliche Genom führen können. Die Erstellung von miR3648 und miR6724 dienen als hervorragende Beispiele für diesen Prozess. Diese Studie enthüllte einen neuen möglichen Mechanismus für die Schaffung neuer miRNA-Gene durch Duplikationen von rRNA-Genen, was weitere Untersuchungen darüber erfordert, wie allgemein dieses Phänomen sein könnte.
Die Studie wurde kürzlich im veröffentlicht Amerikanisches Journal für biologische Anthropologie.
Hunter R. Johnson et al., The evolution of de novo human‐specific microRNA genes on chromosome 21, Amerikanisches Journal für biologische Anthropologie (2022). DOI: 10.1002/ajpa.24504