Ученые Сколтеха и их коллеги из Германии и США проанализировали метаболомы людей, шимпанзе и макак в мышцах, почках и трех различных областях мозга.
Команда обнаружила, что современный геном человека претерпевает мутацию, которая делает фермент аденилосукцинатлиазой менее стабильным, что приводит к снижению синтеза пуринов. Эта мутация не произошла у неандертальцев, поэтому ученые считают, что она повлияла на метаболизм в тканях мозга и, таким образом, во многом способствовала превращению современных людей в отдельный вид. Исследование было опубликовано в журнале eLife.
Предшественники современных людей отделились от своих ближайших эволюционных родственников, неандертальцев и денисовцев, примерно 600000 лет назад, тогда как эволюционное расхождение между нашими предками и современными шимпанзе датируется 65 миллионами лет назад. Эволюционные биологи ищут определенные генетические особенности, которые отличают современных людей от их предков, и могут дать ключ к разгадке того, почему люди такие, какие они есть.
Исследователи из Центра нейробиологии и восстановления мозга (CNBR) Сколтеха под руководством профессора Филиппа Хаитовича и их коллег из институтов Макса Планка в Лейпциге, Дрездене и Кельне и Университета Денвера изучали метаболические различия в мозге, почках и мышцах людей, шимпанзе и макаки.
Научным руководителем был известный биолог-эволюционист, профессор Сванте Паабо, который ранее открыл денисовцев и руководил проектом «Геном неандертальцев».
Команда изучила интересную человеческую мутацию, которая приводит к замене аминокислот в аденилосукцинатлиазе, ферменте, участвующем в синтезе пурина внутри ДНК. Эта замена снижает активность и стабильность фермента, что приводит к более низкой концентрации пуринов в мозге человека. Команда показала, что новая мутация характерна только для людей и не проявляется у других приматов или неандертальцев. Исследователи доказали, что эта мутация действительно является причиной метаболических особенностей у человека, внедрив ее в геном мыши. Мыши, подвергшиеся мутации, продуцировали меньше пуринов, тогда как предковый ген при введении в клетки человека приводил к очевидным метаболическим изменениям.
«Несмотря на то, что расшифрованный геном человека является мощным инструментом для ученых, к сожалению, он не может объяснить всех фенотипических различий между людьми. Изучение метаболического состава тканей может дать ключ к разгадке того, почему функциональные изменения происходят у человека. Я рада, что нам удалось спрогнозировать метаболические характеристики современных людей и подтвердить наши гипотезы на мышах и клеточных моделях, хотя у нас не было «живых неандертальцев», над которыми можно было бы поработать», — говорит ведущий автор и аспирант Сколтеха Вита Степанова.