A evolução humana não foi apenas a partitura, mas como ela foi tocada

May 09, 2023

DURHAM, NC — Uma equipe de pesquisadores da Duke identificou um grupo de sequências de DNA humano que conduzem a mudanças no desenvolvimento cerebral, na digestão e na imunidade que parecem ter evoluído rapidamente depois que nossa linhagem familiar se separou da dos chimpanzés, mas antes de nos separarmos dos Neandertais.

Nossos cérebros são maiores e nossas entranhas são mais curtas do que nossos pares de macacos.

“Muitos dos traços que consideramos exclusivamente humanos e específicos do ser humano provavelmente aparecem durante esse período de tempo”, nos 7,5 milhões de anos desde a separação com o ancestral comum que compartilhamos com o chimpanzé, disse Craig Lowe, PhD , professor assistente de genética molecular e microbiologia na Duke School of Medicine.

Especificamente, as sequências de DNA em questão, que os pesquisadores apelidaram de regiões de evolução rápida do ancestral humano (HAQERS), pronunciadas como hackers, regulam os genes. Eles são os interruptores que dizem aos genes próximos quando ligar e desligar.As descobertas aparecemna revista CÉLULA.

A rápida evolução dessas regiões do genoma parece ter servido como um ajuste fino do controle regulatório, disse Lowe. Mais interruptores foram adicionados ao sistema operacional humano à medida que as sequências se desenvolveram em regiões regulatórias, e eles foram ajustados com mais precisão para se adaptarem às sugestões ambientais ou de desenvolvimento. Em geral, essas mudanças foram vantajosas para nossa espécie.

“Eles parecem especialmente específicos para ativar os genes, pensamos apenas em certos tipos de células em determinados momentos do desenvolvimento, ou mesmo genes que ativam quando o ambiente muda de alguma forma”, disse Lowe.

Grande parte dessa inovação genômica foi encontrada no desenvolvimento do cérebro e do trato gastrointestinal. "Vemos muitos elementos regulatórios que estão se ativando nesses tecidos", disse Lowe. “Estes são os tecidos onde os humanos estão refinando quais genes são expressos e em que nível”.

Hoje, nossos cérebros são maiores do que os de outros macacos e nossos intestinos são mais curtos. “As pessoas levantaram a hipótese de que esses dois estão ligados, porque são dois tecidos metabólicos muito caros para se ter por perto”, disse Lowe. “Acho que o que estamos vendo é que não houve realmente uma mutação que deu a você um cérebro grande e uma mutação que realmente atingiu o intestino, provavelmente foram muitas dessas pequenas mudanças ao longo do tempo”.

Para produzir as novas descobertas, o laboratório de Lowe colaborou com os colegas da Duke, Tim Reddy, professor associado de bioestatística e bioinformática, e Debra Silver, professora associada de genética molecular e microbiologia, para explorar seus conhecimentos. O laboratório de Reddy é capaz de observar milhões de interruptores genéticos ao mesmo tempo e Silver está observando os interruptores em ação no desenvolvimento de cérebros de camundongos.

“Nossa contribuição foi que, se pudéssemos reunir essas duas tecnologias, poderíamos observar centenas de interruptores nesse tipo de tecido complexo em desenvolvimento, que você realmente não pode obter de uma linha celular”, disse Lowe.

"Queríamos identificar interruptores que fossem totalmente novos em humanos", disse Lowe. Computacionalmente, eles foram capazes de inferir como teria sido o DNA do ancestral humano-chimpanzé, bem como as extintas linhagens neandertal e denisovana. Os pesquisadores puderam comparar as sequências genômicas desses outros parentes pós-chimpanzés graças a bancos de dados criados a partir do trabalho pioneiro do Prêmio Nobel de 2022 Svante Pääbo.

"Então, nós conhecemos a sequência do Neandertal, mas vamos testar essa sequência do Neandertal e ver se ela pode realmente ativar os genes ou não", o que eles fizeram dezenas de vezes.

"E nós mostramos que, uau, este é realmente um interruptor que liga e desliga os genes", disse Lowe. “Foi muito divertido ver que a nova regulação genética veio de interruptores totalmente novos, em vez de apenas uma espécie de religação de interruptores que já existiam”.

Juntamente com as características positivas que os HAQERs deram aos humanos, eles também podem estar implicados em algumas doenças.

A maioria de nós tem sequências HAQER notavelmente semelhantes, mas existem algumas variações, "e fomos capazes de mostrar que essas variantes tendem a se correlacionar com certas doenças", disse Lowe, ou seja, hipertensão, neuroblastoma, depressão unipolar, depressão bipolar e esquizofrenia. Os mecanismos de ação ainda não são conhecidos e mais pesquisas terão que ser feitas nessas áreas, disse Lowe.