Меланезийцы унаследовали от неандертальцев и денисовцев длинные участки генома

Ученые нашли в геноме меланезийцев две вариации числа копий генов, одну из которых они унаследовали от неандертальцев, а другую — от денисовцев, сообщается в Science. Вариации числа копий генов, то есть неодинаковое количество копий одного гена, встречаются в разных популяциях современных людей. Как показали авторы, от денисовцев современные меланезийцы заимствовали вариацию в хромосоме 16, от неандертальцев — в хромосоме 8. Как это генетическое наследство влияет на их здоровье или адаптацию, пока непонятно.

Во время миграции из Африки и при переходе на другие континенты наши предки приспосабливались к новым условиям, в том числе климату, рациону, патогенам. Адаптации отразились у нас в геноме в виде однонуклеотидных замен. Эти мутации возникали не только сами по себе, но и в результате скрещивания с ныне вымершими видами людей, в частности, с неандертальцами и денисовцами. Помимо однонуклеотидных замен в геномах может встречаться разное число копий генов. Такие изменения возникают, например, после дупликации (удвоения), делеции (удаления) или инверсии (разворота на 180 градусов) довольно больших участков ДНК. В результате у разных людей появляется разное число копий одного и того же гена и, соответственно, разное количество продукта этого гена — белка или некодирующей РНК. Большие вариации числа копий генов (ВЧКГ) обычно возникают в результате делеций и связаны с появлением заболеваний, но известны и варианты, которые позволяли людям приспосабливаться к новым условиям (1, 2). Но адаптивные ВЧКГ пока изучены плохо. Также неизвестно, есть ли у нас в геноме адаптивные ВЧКГ, которые мы унаследовали от вымерших людей.

Чтобы прояснить оба этих вопроса, международный коллектив ученых во главе с Эваном Эйхлером (Evan E. Eichler) из Вашингтонского университета проанализировал геномы жителей Меланезии — островов Океании, расположенных к северо-востоку от Австралии. Предположительно, предки меланезийцев смогли приспособиться к незнакомому рациону и инфекционным заболеваниям. При этом у них есть 1-3 процента «неандертальских» генов и от трех до пяти процентов генов денисовских людей. Важно и то, что после появления на островах меланезийцы бóльшую часть своей истории прожили в изоляции. Представители других популяций добрались до Меланезии только около трех тысячелетий назад.

Авторы исследования проанализировали вариации числа копий генов, полученных из денисовского генома и генома двух неандертальцев: жившей на Алтае женщины и мужчины из Хорватии. Они сравнили их с ВЧКГ в последовательностях 17 геномов современных жителей Земли. Затем ученые генотипировали найденные ВЧКГ в 249 геномах современных популяций (в том числе в 16 геномах меланезийцев) и в 72 геномах человекообразных обезьян. Исследователи нашли 402 вариаций числа копий генов, характерных для гоминин, и 51 из них встречалась как у современных, так и вымерших людей.

Анализ геномов показал, что предки современных жителей Тропической Африки и неафриканских популяций разошлись около 74 тысяч лет назад, а предки меланезийцев отделились от жителей Восточной Азии примерно 52 тысячи лет назад.

Ученые нашли у меланезийцев несколько вариаций числа копий генов, которые, вероятнее всего, возникли в результате адаптации их предков к новым условиям. В их числе были ВЧКГ, связанные с обменом веществ, функционированием клеток (их развитием или сигнальными путями), а также иммунным ответом.

Авторам удалось найти и две вариации числа копий генов, одна из которых досталась предкам меланезийцев от неандертальцев, а другая — от денисовцев.

От денисовцев жители Меланезии унаследовали две дупликации в хромосоме 16. Одна из них длиной 383 тысячи пар оснований появилась в результате целого комплекса структурных изменений — дупликаций, делеций и инверсий. Судя по результатам филогенетического анализа, изменения, которые в конце концов привели к появлению дупликации, происходили 0,5-2,5 миллиона лет назад у предков денисовских людей. В хромосоме 16 денисовцев дупликация появилась 0,2-0,5 миллиона лет назад. Вторая дупликация длиной более 500 тысяч пар оснований появилась у денисовских людей 60-117 тысяч лет назад. И в это же время, они, по-видимому, «передали» вариант генома людям современного типа. ВЧКГ появились в том участке хромосомы, где находятся гены нуклеопоринов. Из этих белков созданы ядерные поры через которые осуществляется транспорт между ядром и цитоплазмой клетки.

Другая вариация числа копий генов, которую меланезийцы унаследовали от неандертальцев, появилась в хромосоме 8. Она состоит из делеции шести тысяч пар оснований и соседней с ней дупликации 31 тысячи пар оснований. Предположительно, люди современного типа унаследовали эту ВЧКГ 40-120 тысяч лет назад. ВЧКГ окружает ген

который кодирует белок из надсемейства

. Белок TNFRSF10D связывает

, вызывающие апоптоз (программируемую смерть) клеток. Возможно, делеция в хромосоме 8 влияет на экспрессию одного из белков-рецепторов смерти, TNFRSF10D или TNFRSF10С.

Как найденные вариации числа копий генов влияют на здоровье меланезийцев ученые сказать не берутся. Хотя по их словам, очень соблазнительно предположить, что эти ВЧКГ помогли людям адаптироваться к жизни на островах, для такого утверждения пока недостаточно данных. Нужны расширенные исследования с анализом дополнительных референтных геномов.

Помимо ВЧКГ люди современного типа унаследовали от неандертальцев и денисовцев однонуклеотидные замены, которые помогли им адаптироваться к незнакомым условиям. Например, жителям Тибета денисовцы подарили способность лучше переносить гипоксию, а инуитам — повышенную устойчивость к холоду. А от неандертальцев современные жители Евразии унаследовали усиленный врожденный иммунитет.

Екатерина Русакова