Проект генома шимпанзе - Chimpanzee genome project

В Проект генома шимпанзе это попытка определить ДНК последовательность шимпанзе геном. Ожидается, что при сравнении геномы человека и другие обезьяны, можно будет лучше понять, что отличает людей от других видов с генетической точки зрения. Это также поможет в изучении болезней, поражающих (или, наоборот, не затрагивающих) различные виды приматов.

Хромосомные различия шимпанзе и человека. Основное структурное отличие состоит в том, что хромосома человека 2 (код зеленого цвета) был получен из двух меньших хромосом, которые встречаются у других человекообразных обезьян (теперь называемых 2А и 2B [1]). Части хромосомы 2 человека разбросаны по частям нескольких хромосом кошек и крыс у этих видов, которые более отдаленно связаны с людьми (более древние общие предки; около 85 миллионов лет с момента появления общего предка человека / грызуна [2]

Запуск проекта генома шимпанзе

Человек и шимпанзе хромосомы очень похожи. Основное отличие состоит в том, что у людей на одну пару хромосом меньше, чем у других. большие обезьяны. У людей 23 пары хромосом, а у других человекообразных обезьян - 24 пары хромосом. В эволюционной линии человека две наследственные хромосомы обезьяны слились в теломеры, производя хромосома 2 человека.[3] Есть девять других основных хромосомных различий между шимпанзе и людьми: инверсии хромосомных сегментов в хромосомах человека. 1, 4, 5, 9, 12, 15, 16, 17, и 18. После завершения Проект генома человека, а обыкновенный шимпанзе проект генома был начат. В декабре 2003 г. предварительный анализ 7600 генов, общих для двух геномов, подтвердил, что некоторые гены, такие как вилочная коробка P2 фактор транскрипции, которые участвуют в развитии речи, разные в человеческом роде. Также было обнаружено, что несколько генов, участвующих в слухе, изменились в ходе эволюции человека, что позволяет предположить, что отбор с участием язык -связанное поведение. По оценкам, различия между отдельными людьми и обычными шимпанзе примерно в 10 раз превышают типичные различия между парами людей.[4]

Проект последовательности генома обыкновенного шимпанзе

Анализ генома опубликован в Природа 1 сентября 2005 г. в статье, подготовленной Консорциум по секвенированию и анализу шимпанзе, группа ученых, которая частично поддерживается Национальный институт исследования генома человека, один из Национальные институты здоровья. Статья ознаменовала завершение проекта последовательности генома.[4] База данных [5] сейчас существует содержащий генетические различия между генами человека и шимпанзе, около тридцати пяти миллионов однонуклеотидный изменения, пять миллионов вставка / удаление события и различные хромосомный перестановки. Дупликации генов объясняют большую часть различий в последовательностях между людьми и шимпанзе. Замены одной пары оснований вызывают примерно половину генетических изменений, чем дупликация генов.

Типичный человек и шимпанзе гомологи из белки отличаются только в среднем на два аминокислоты. Около 30 процентов всех белков человека идентичны по последовательности соответствующему белку шимпанзе. Как упоминалось выше, дупликации генов являются основным источником различий между генетическим материалом человека и шимпанзе, при этом около 2,7% генома в настоящее время представляют различия, вызванные дупликациями или делециями генов в течение примерно 6 миллионов лет. [6] так как люди и шимпанзе расходились с их общим эволюционным предком. Сопоставимая вариация в человеческих популяциях составляет 0,5 процента.[7]

Идентифицировано около 600 генов, которые, возможно, подвергались сильному положительному отбору в клонах человека и шимпанзе; многие из этих генов участвуют в иммунная система защита от микробных заболеваний (пример: гранулизин защищает от Микобактерии туберкулеза [8]) или являются целевыми рецепторами патогенных микроорганизмов (например: Гликофорин С и Плазмодий falciparum ). Сравнивая гены человека и шимпанзе с генами других млекопитающих, было обнаружено, что гены, кодирующие факторы транскрипции, например, вилка P2 (FOXP2 ), часто эволюционировали быстрее у человека по сравнению с шимпанзе; Относительно небольшие изменения в этих генах могут объяснять морфологические различия между людьми и шимпанзе. Набор из 348 генов факторов транскрипции кодирует белки, в которых в среднем примерно на 50% больше аминокислотных изменений в линии человеческого происхождения, чем в линии шимпанзе.

Было обнаружено шесть хромосомных областей человека, которые, возможно, находились под особенно сильным и скоординированным отбором в течение последних 250 000 лет. В этих регионах есть хотя бы один маркер аллель это кажется уникальным для человеческой линии, в то время как вся хромосомная область показывает более низкую, чем обычно, генетическую изменчивость. Этот паттерн предполагает, что один или несколько строго отобранных генов в области хромосомы могли предотвращать случайное накопление нейтральных изменений в других близлежащих генах. Одна такая область на хромосоме 7 содержит FOXP2 ген (упомянутый выше), и этот регион также включает Регулятор трансмембранной проводимости при муковисцидозе (CFTR) ген, который важен для транспорта ионов в таких тканях, как секретирующий соль эпителий потовых желез. Человеческие мутации в гене CFTR могут быть выбраны как способ выжить холера.[9]

Другая такая область на хромосоме 4 может содержать элементы, регулирующие экспрессию соседнего протоколадгерин ген, который может быть важен для мозг развитие и функции. Хотя изменения в экспрессии генов, которые экспрессируются в головном мозге, как правило, в среднем меньше, чем для других органов (таких как печень), изменения экспрессии генов в головном мозге были более драматичными у людей, чем у шимпанзе.[10] Это согласуется с резким расхождением уникального паттерна развития человеческого мозга, наблюдаемого в человеческой родословной, по сравнению с предковым паттерном великих обезьян. Кластер генов протокадгерина-бета на хромосоме 5 также свидетельствует о возможном положительном отборе.[11]

Результаты анализа генома человека и шимпанзе должны помочь в понимании некоторых заболеваний человека. Люди, похоже, утратили Caspase 12 ген, который у других приматов кодирует фермент, который может защищать от Болезнь Альцгеймера.

Геномы человека и шимпанзе. M означает Митохондриальная ДНК

Гены сайта слияния хромосомы 2

Схема расположения места слияния хромосом 2А и 2В и генов, вставленных в это место.

Результаты проекта генома шимпанзе предполагают, что когда предковые хромосомы 2A и 2B сливаются с образованием хромосомы 2 человека, никакие гены не теряются на слитых концах 2A и 2B. В месте слияния имеется приблизительно 150 000 пар оснований последовательностей, не обнаруженных в хромосомах 2A и 2B шимпанзе. Дополнительные связанные копии генов PGML / FOXD / CBWD существуют в другом месте генома человека, особенно около p-конца хромосома 9. Это говорит о том, что копия этих генов могла быть добавлена ​​в конец предкового 2A или 2B до события слияния. Остается определить, дают ли эти встроенные гены селективное преимущество.

  • PGML. В фосфоглюкомутаза -подобный ген хромосомы 2 человека. Этот ген неполный и не может производить функциональный транскрипт.[12]
  • FOXD. В вилка D4-подобный ген является примером гена без интрона. Функция этого гена неизвестна, но он может кодировать белок контроля транскрипции.
  • CBWD. Кобаламинсинтетаза - это бактериальный фермент, который делает витамин B12. В далеком прошлом общий предок мышей и обезьян включал копию гена кобаламин синтетазы (см .: Горизонтальный перенос генов ). Люди необычны тем, что у них есть несколько копий генов, подобных кобаламин-синтетазе, в том числе и на хромосоме 2. Остается определить, какова функция этих генов, подобных кобаламин-синтетазе человека. Если эти гены участвуют в выработке витамина B12 метаболизм, это может иметь отношение к эволюции человека. Основным изменением в развитии человека является более значительный послеродовой рост мозга, чем наблюдается у других обезьян. Витамин B12 важен для развития мозга, а витамин B12 дефицит во время развития мозга приводит к тяжелым неврологическим дефектам у детей.
  • CXYorf1-подобный белок. Несколько стенограммы неизвестной функции соответствующие этому региону были изолированы. Эта область также присутствует в близкородственной концевой области 9p хромосомы, которая содержит копии генов PGML / FOXD / CBWD.
  • Много рибосомальный белок L23a псевдогены разбросаны по геному человека.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ МакКонки EH (2004). "Ортологическая нумерация хромосом человекообразных обезьян и обезьян важна для сравнительной геномики". Cytogenet. Genome Res. 105 (1): 157–8. Дои:10.1159/000078022. PMID  15218271.
  2. ^ Спрингер М.С., Мерфи В.Дж., Эйзирик Э., О'Брайен С.Дж. (февраль 2003 г.). «Диверсификация плацентарных млекопитающих и граница мелового и третичного периода». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 100 (3): 1056–61. Bibcode:2003ПНАС..100.1056С. Дои:10.1073 / пнас.0334222100. ЧВК  298725. PMID  12552136.
  3. ^ Де Груши Дж (август 1987 г.). «Хромосомные филогении человека, человекообразных обезьян и обезьян Старого Света». Genetica. 73 (1–2): 37–52. Дои:10.1007 / bf00057436. PMID  3333352.
  4. ^ а б Секвенирование шимпанзе; Консорциум анализа (2005 г.). «Исходная последовательность генома шимпанзе и сравнение с геномом человека» (PDF). Природа. 437 (7055): 69–87. Bibcode:2005Натура 437 ... 69.. Дои:10.1038 / природа04072. PMID  16136131.
  5. ^ «База данных генома шимпанзе (программа просмотра данных генома Pan troglodytes (шимпанзе))».
  6. ^ Caswell JL, Mallick S, Richter DJ, Neubauer J, Schirmer C, Gnerre S, Reich D (апрель 2008 г.). «Анализ истории шимпанзе на основе выравнивания последовательностей генома». PLoS Genet. 4 (4): e1000057. Дои:10.1371 / journal.pgen.1000057. ЧВК  2278377. PMID  18421364.
  7. ^ Cheng Z, Ventura M, She X, Khaitovich P, Graves T, Osoegawa K, et al. (Сентябрь 2005 г.). «Полногеномное сравнение недавних сегментарных дупликаций шимпанзе и человека». Природа. 437 (7055): 88–93. Bibcode:2005Натура 437 ... 88С. Дои:10.1038 / природа04000. PMID  16136132.
  8. ^ Стенджер С., Хансон Д.А., Тейтельбаум Р., Деван П., Ниази К.Р., Фроелич С.Дж. и др. (Октябрь 1998 г.). «Антимикробная активность цитолитических Т-клеток, опосредованная гранулизином». Наука. 282 (5386): 121–5. Bibcode:1998Sci ... 282..121S. Дои:10.1126 / science.282.5386.121. PMID  9756476.
  9. ^ Гудман Б.Е., Перси WH (июнь 2005 г.). «CFTR при муковисцидозе и холере: от мембранного транспорта к клинической практике». Adv Physiol Educ. 29 (2): 75–82. Дои:10.1152 / advan.00035.2004. PMID  15905150.
  10. ^ Хаитович П., Хельманн И., Энард В., Новик К., Лайнвебер М., Франц Х., Вайс Г., Лахманн М., Пяабо С. (сентябрь 2005 г.). «Параллельные закономерности эволюции геномов и транскриптомов человека и шимпанзе». Наука. 309 (5742): 1850–4. Bibcode:2005Научная ... 309.1850K. Дои:10.1126 / science.1108296. PMID  16141373.
  11. ^ Мики Р., Хаттори К., Тагучи Ю., Тада М. Н., Исосака Т., Хидака И., Хирабаяси Т., Хашимото Р., Фукузако Н., Яги Т. (апрель 2005 г.). «Идентификация и характеристика кодирующих однонуклеотидных полиморфизмов в кластерах генов протокадгерина-альфа и -бета». Ген. 349: 1–14. Дои:10.1016 / j.gene.2004.11.044. PMID  15777644.
  12. ^ Fan Y, Newman T, Linardopoulou E, Trask BJ (ноябрь 2002 г.). «Содержание генов и функция сайта слияния предковых хромосом в хромосоме 2q13-2q14.1 человека и паралогичных регионах». Genome Res. 12 (11): 1663–72. Дои:10.1101 / гр.338402. ЧВК  187549. PMID  12421752.