Исследователи из Вашингтонского университета показали, что участки ДНК, попавшие в геном современного человека в результате гибридизации с неандертальцами, до сих пор влияют на экспрессию генов человека. В частности, доставшаяся от неандертальцев ДНК влияет на проявления таких признаков, как рост и риск развития шизофрении. Статья опубликована в журнале Cell.
Ранние люди современного типа (Homo sapiens) после своей миграции из Африки в Евразию (около 70 тысяч лет назад) смешивались с другими видами древних людей, в том числе с неандертальцами и денисовскими людьми. Неандертальцы вымерли около 40 тысяч лет назад, однако в геноме современных людей (не считая коренных жителей Центральной и Южной Африки) до сих пор остается около 2–3 процентов генов неандертальцев. В предыдущих исследованиях было показано, что гены неандертальцев помогли современному человеку адаптироваться к непривычным условиям после миграции из Африки. В частности, неандертальцы передали современному человеку гены, кодирующие белки, влияющие на иммунитет и пигментацию кожи.
Хотя ученые могут проследить, какие именно фрагменты передались современному человеку от неандертальцев, вопрос о том, отличается ли экспрессия неандертальских вариантов генов от генов современного человека, до сих пор остается открытым. Причина этого — в первую очередь в том, что оценить экспрессию генов у самих неандертальцев напрямую невозможно: РНК сохраняется хуже, чем ДНК, и ее нельзя выделить из ископаемых останков неандертальцев и отсеквенировать.
Авторы новой статьи, чтобы решить эту проблему, нашли для своего исследования людей (в общей сложности 214 человек), гетерозиготных по неандертальским вариантам генов — то есть таких людей, у которых один аллель какого-либо гена «неандертальский», а другой современный. Для каждого аллеля каждого из таких генов исследователи затем анализировали экспрессию (с помощью анализа РНК) в самых разных частях организма (всего в 52 тканях).
Исследователи обнаружили около 5 тысяч «гетерозиготных» однонуклеотидных полиморфизмов (различий последовательностей ДНК на один нуклеотид). Из них примерно 25 процентов находились в генах, в которых экспрессия отличалась между двумя аллелями — неандертальским и современным. Всего таких генов обнаружилось 767.
В целом никакого смещения в экспрессии неандертальских аллелей по сравнению с «современными» не обнаружилось: в половине случаев она была выше, а в половине случаев — ниже. Однако различия наблюдались в разных тканях: так, экспрессия неандертальских аллелей была особенно низкой в головном мозге и семенниках. Как отмечают авторы, это, по-видимому, объясняется тем, что эти ткани эволюционировали быстрее других с момента разделения линии неандертальцев и современных людей.
Среди генов, аллели которых различаются по уровню экспрессии, обнаружилось несколько генов, неандертальские варианты которых повышают вероятность возникновения различных заболеваний — в частности, системной красной волчанки (SLC15A4) и шизофрении (ADAMTSL3). Как оказалось, что экспрессия неандертальских аллелей этих генов понижена по сравнению с экспрессией «современных» вариантов. Это указывает на то, что в линии современного человека естественный отбор работал в пользу снижения экспрессии «вредных» аллелей.
Интересно, что варианты гена ADAMTSL3, ассоциированные с риском шизофрении, связаны также с вариабельностью роста. Таким образом, неандертальские варианты генов до сих продолжают влиять на фенотип (включая внешний вид) современного человека. При этом неандертальский аллель, как было показано ранее, также непосредственно влияет на экспрессию «современного» аллеля, регулируя альтернативный сплайсинг синтезирующейся с него матричной РНК.
Обнаружение различий экспрессии в гене, ассоциированном с риском шизофрении, согласуется с недавним обнаружением следов древнего положительного отбора в генах, связанных с болезнью Альцгеймера: по мнению авторов исследования, болезнь Альцгеймера стала платой человечества за развитый мозг.
Неандертальцы жили в Европе, на Ближнем Востоке и в Центральной Азии примерно с 600 тысяч лет назад и до 30–40 тысяч лет назад. По поводу причины их вымирания существуют различные гипотезы: возможно, их подкосили болезни, принесенные людьми из Африки, или изменения климата во время последнего ледникового периода и неумение изготавливать теплую одежду. Генетические исследования указывают на то, что вымирание неандертальцев может объясняться их долговременной низкой численностью: эффект «бутылочного горлышка» и накопление вредных мутаций привели к снижению приспособленности всего вида.
Софья Долотовская