Come preziose ricette tramandate di generazione in generazione, esistono solo alcune regioni del DNA che l’evoluzione non osa modificare. I mammiferi condividono ampiamente una varietà di queste sequenze codificate, ad esempio, che sono rimaste intatte per milioni di anni.

Gli umani sono una strana eccezione in questo club. Per qualche ragione, le ricette che i nostri antichi antenati hanno conservato per così tanto tempo sono state improvvisamente “condite” in un breve periodo di tempo evolutivo.

Poiché siamo l’unica specie in cui queste regioni sono state riscritte così rapidamente, sono state chiamate “zone umane accelerate(o HAR). Inoltre, gli scienziati ritengono che almeno alcuni degli HAR potrebbero essere alla base di molti dei tratti che distinguono gli esseri umani dai loro parenti stretti, come scimpanzé e bonobo.

Guidato da un biologo computazionale Katie Pollard, Direttore del Gladstone Institute for Data Science and Biotechnology negli Stati Unitiun team di ricercatori che è stato ambientato quasi due decenni fa Mentre Confronto tra genomi umani e di scimpanzé.

In Nuovo studioil team di Pollard ha scoperto che il ripiegamento tridimensionale del DNA umano nel nucleo è un fattore chiave in questo momento cruciale per la nostra specie.

Immagina un pezzo di DNA del nostro ultimo antenato comune con gli scimpanzé come una lunga sciarpa avvolta intorno al collo, con strisce di colori diversi che attraversano la sua trama per tutta la sua lunghezza.

Ora immagina che qualcuno abbia provato a realizzare esattamente la stessa sciarpa, ma non ha seguito esattamente lo schema originale. Alcune linee sono più strette, altre sono più larghe e alcune presentano colori in un ordine diverso rispetto all’originale.

Quando avvolgi questa nuova sciarpa attorno al collo nello stesso modo in cui hai avvolto la sciarpa originale, le linee una accanto all’altra nel passante non sono più le stesse.

Come questo mantello, una grande differenza tra il DNA umano e quello degli scimpanzé è strutturale: ampie porzioni dei blocchi costitutivi del DNA sono state inserite, cancellate o riorganizzate nel genoma umano. Pertanto il DNA umano si ripiega nel nucleo in modo diverso rispetto al DNA di altre scimmie.

Il team di Pollard ha studiato se questi cambiamenti strutturali nel DNA umano e il ripiegamento 3D alterato potessero “dirottare” geni specifici all’interno degli HAR, unendoli a geni codificanti proteine ​​​​diversi da quelli originariamente applicati.

Molti geni all’interno di HAR sono collegati ad altri geni, agendo come potenziatori (nel senso che aumentano le copie di geni/geni correlati).

“I potenziatori possono influenzare l’attività di qualsiasi gene che finisce nelle immediate vicinanze, che può variare a seconda di come è piegato il DNA”. disse Pollard.

In Uno studio pubblicato all’inizio di quest’annoIn effetti, il team di Pollard ha creato un modello che suggerisce che le rapide variazioni osservate negli HAR nei primi esseri umani spesso erano in conflitto tra loro, spostando l’attività del potenziatore su e giù in una sorta di adattamento genetico, un modello supportato dalla loro nuova ricerca.

Nel loro ultimo studio, il team ha confrontato i genomi di 241 specie di mammiferi utilizzando l’apprendimento automatico per elaborare una grande quantità di dati.

Hanno identificato 312 HAR ed esaminato dove si trovavano all’interno dei “quartieri” tridimensionali del DNA ripiegato. Circa il 30 percento degli HAR si trovava in regioni del DNA in cui le differenze strutturali facevano piegare il genoma in modo diverso negli esseri umani rispetto ad altri primati.

Il team ha anche scoperto che i quartieri con HAR erano ricchi di geni che distinguono gli umani dai nostri parenti più stretti, gli scimpanzé.

In un esperimento che ha confrontato il DNA all’interno di cellule staminali umane e di scimpanzé in crescita, un terzo delle HAR identificate è stato trascritto specificamente durante lo sviluppo della neocorteccia umana.

Molte HAR svolgono un ruolo nello sviluppo fetale, in particolare nel modellare i percorsi neurali associati all’intelligenza, alla lettura, alle abilità sociali, alla memoria, all’attenzione e alla concentrazione, tratti che sappiamo essere nettamente diversi negli esseri umani rispetto ad altri animali.

Negli HAR, questi geni potenziatori, che non sono cambiati da milioni di anni, potrebbero aver dovuto adattarsi ai loro diversi geni bersaglio e domini regolatori.

“Immagina di essere un potenziatore che controlla i livelli di ormoni nel sangue, quindi il tuo DNA si ripiega in un modo nuovo e all’improvviso ti trovi accanto a un gene di neurotrasmettitore e hai bisogno di regolare i livelli chimici nel cervello invece che nel sangue, ” disse Pollard.

“Succede qualcosa di grande come questo enorme cambiamento di piegatura del genoma e le nostre cellule devono risolverlo rapidamente per evitare un difetto evolutivo”.

Non capiamo ancora esattamente come questi cambiamenti abbiano influenzato alcuni aspetti dello sviluppo del nostro cervello e come siano diventati parte integrante del DNA della nostra specie. Sebbene Pollard e il suo team stiano già pianificando di approfondire queste domande.

Ma la loro ricerca fino ad oggi mostra quanto sia unica – e improbabile – l’evoluzione del cervello umano.

Questo studio è stato pubblicato in Scienze.