Cele mai bune planuri ale muștelor de fructe și ale oamenilor de știință dau uneori greș. Astfel de planuri includ proiecte experimentale care necesită modele de muște de fructe (sau alte modele animale) pentru a ține loc de oameni. Potrivit oamenilor de știință geneticieni cu sediul la Universitatea din Toronto, porțiuni de ADN numite factori de transcripție (TF), care servesc drept locuri de aterizare pentru proteinele de reglementare, sunt mai puțin conservate între specii decât se credea cândva.
Noile descoperiri, sugerează oamenii de știință din laboratorul lui Timothy Hughes, PhD, indică faptul că orice studiu menit să tragă învățăminte despre TF umani trebuie să fie foarte prudent dacă se bazează pe modele animale precum musca de fructe, sau Drosophila melanogaster.
Într-o notă mai pozitivă, oamenii de știință sugerează că descoperirile lor deschid posibilități intrigante. De exemplu, diversificarea factorilor de transcripție ar putea explica, în parte, modul în care au evoluat oamenii. Iar noile descoperiri ar putea duce, de asemenea, la o înțelegere mai completă a dimorfismului sexual, care se referă la diferențele de mărime sau de aspect între sexe, altele decât diferențele dintre organele sexuale.
Scriind în revista Nature Genetics („Similarity regression predicts evolution of transcription factor sequence specificity”), echipa de la Universitatea din Toronto descrie o nouă metodă de calcul care i-a permis să prezică mai precis secvențele de motive pe care fiecare TF le leagă în multe specii diferite. Descoperirile relevă faptul că unele subclase de TF sunt mult mai diverse din punct de vedere funcțional decât se credea anterior.
„Chiar și între specii strâns înrudite există o porțiune non-neglijabilă de TF care sunt susceptibile de a lega secvențe noi”, a declarat Sam Lambert, fost student absolvent în laboratorul lui Hughes, care a realizat cea mai mare parte a lucrărilor la această lucrare și care s-a mutat între timp la Universitatea din Cambridge pentru un stagiu postdoctoral. „Acest lucru înseamnă că este probabil ca ele să aibă funcții noi prin reglarea unor gene diferite, ceea ce poate fi important pentru diferențele dintre specii”, a adăugat el.
Inclusiv între cimpanzei și oameni, ale căror genomuri sunt identice în proporție de 99%, există zeci de TF-uri care recunosc motive diverse între cele două specii într-un mod care ar afecta expresia a sute de gene diferite. „Credem că aceste diferențe moleculare ar putea fi cauza unora dintre diferențele dintre cimpanzei și oameni”, a remarcat Lambert.
În articolul din Nature Genetics, oamenii de știință au descris modul în care au folosit regresia de similaritate, o metodă semnificativ îmbunătățită de predicție a motivelor, pentru a actualiza și extinde baza de date Cis-BP.
„Regresia similitudinii cuantifică în mod inerent evoluția motivelor TF și arată că afirmațiile anterioare privind conservarea aproape completă a motivelor între om și Drosophila sunt umflate, aproape jumătate din motivele din fiecare specie fiind absente la cealaltă, în mare parte din cauza divergenței extinse a proteinelor cu degete de zinc C2H2”, au scris autorii. „Concluzionăm că diversificarea motivelor de legare la ADN este omniprezentă și prezentăm un nou instrument și o resursă actualizată pentru a studia diversitatea TF și reglarea genelor la nivelul eucariotelor.”
Lambert a dezvoltat un software care caută asemănări structurale între regiunile de legare la ADN ale TF-urilor care se referă la capacitatea lor de a lega aceleași sau diferite motive ADN. Dacă două TF-uri, din specii diferite, au o compoziție similară de aminoacizi, elementele constitutive ale proteinelor, probabil că acestea se leagă de motive similare. Dar, spre deosebire de metodele mai vechi, care compară aceste regiuni ca întreg, cea a lui Lambert atribuie automat o valoare mai mare acelor aminoacizi – o fracțiune din întreaga regiune – care intră în contact direct cu ADN-ul. În acest caz, două TF-uri pot părea similare în ansamblu, dar dacă diferă în ceea ce privește poziția acestor aminoacizi cheie, este mai probabil ca acestea să lege motive diferite. Atunci când Lambert a comparat toate TF-urile din diferite specii și le-a pus în corespondență cu toate datele disponibile privind secvențele de motive, a descoperit că multe TF-uri umane recunosc secvențe diferite – și, prin urmare, reglează gene diferite – față de versiunile acelorași proteine de la alte animale.
Constatarea contrazice cercetările anterioare, care au afirmat că aproape toate TF-urile umane și cele ale muștelor de fructe se leagă de aceleași secvențe de motive, și reprezintă un apel la prudență pentru oamenii de știință care speră să obțină informații despre TF-urile umane doar prin studierea omologilor lor din organisme mai simple.
„Există această idee care a perseverat, și anume că TF-urile se leagă de motive aproape identice între oameni și muștele de fructe”, a declarat Hughes, care este profesor la Universitatea din Toronto. „Și, deși există multe exemple în care aceste proteine sunt conservate din punct de vedere funcțional, acest lucru nu este nicidecum în măsura în care a fost acceptat.”
În ceea ce privește TF-urile care au roluri unice la om, acestea aparțin clasei în evoluție rapidă a așa-numitelor TF-uri cu degete de zinc C2H2, denumite astfel datorită proeminențelor asemănătoare unor degete care conțin ioni de zinc, cu care se leagă de ADN.
Rolul lor rămâne o întrebare deschisă, dar se știe că organismele cu TF-uri mai diverse au, de asemenea, mai multe tipuri de celule, care se pot reuni în moduri noi pentru a construi corpuri mai complicate.
Hughes este entuziasmat de o posibilitate tentantă că unele dintre aceste TF-uri cu degete de zinc ar putea fi responsabile pentru caracteristicile unice ale fiziologiei și anatomiei umane – sistemul nostru imunitar și creierul, care sunt cele mai complexe dintre animale. Un alt aspect se referă la dimorfismul sexual: nenumăratele diferențe vizibile, și adesea mai puțin evidente, dintre sexe care ghidează selecția partenerului – decizii care au un impact imediat asupra succesului reproductiv și care pot avea, de asemenea, un impact profund asupra fiziologiei pe termen lung. Coada păunului sau părul facial la bărbați sunt exemple clasice de astfel de trăsături.
„Aproape nimeni în genetica umană nu studiază bazele moleculare ale dimorfismului sexual, și totuși acestea sunt trăsături pe care toate ființele umane le văd unele la altele și care ne fascinează pe toți”, a remarcat Hughes. „Sunt tentat să-mi petrec ultima jumătate a carierei lucrând la acest lucru, dacă reușesc să-mi dau seama cum să o fac!”
.