Proxecto Xenoma do Chimpancé

O Proxecto Xenoma do Chimpancé é un proxecto de investigación que ten o obxectivo de determinar a secuencia de ADN do xenoma do chimpancé. Espérase que comparando o xenoma humano resultado do Proxecto Xenoma Humano e o doutros simios, será posible comprender mellor que é o que fai aos humanos distintos das outras especies próximas desde unha perspectiva xenética. Tamén axudará a estudar as enfermidades que afectan ou non a varias especies de primates.

Diferenzas cromosómicas humanos-chimpancés. A principal diferenza estrutural é que o cromosoma humano 2 (código de cor verde) deriva de dous cromosomas máis pequenos que se encontran noutros grandes simios (agora chamados 2A e 2B [1]). Partes do cromosoma 2 humano están espalladas entre partes de varios cromosomas dos ratos e ratas. Os cromosomas destas especies están máis distantemente relacionados cos dos humanos (hai uns 85 millóns de anos vivía o antepasado común humano/roedor).[2]

Inicio do Proxecto Xenoma do ChimpancéEditar

Os cromosomas humanos e do chimpancé común (Pan troglodytes) son moi similares. A principal diferenza é que os humanos teñen un par de cromosomas menos que os chimpancés e outros grandes simios. Os humanos teñen 23 pares de cromosomas e os outros grandes simios teñen 24 pares. Na liña evolutiva humana, dous cromosomas de simio ancestral fusionáronse polos seus telómeros, orixinando o cromosoma 2 humano.[3] Hai outras nove diferenzas cromosómicas importantes entre os chimpancés e os humanos: inversións en segmentos cromosómicos nos cromosomas humanos 1, 4, 5, 9, 12, 15, 16, 17 e 18. Unha vez completado o Proxecto Xenoma Humano, iniciouse o Proxecto Xenoma do Chimpancé común. En decembro de 2003, unha análise preliminar de 7600 xenes compartidos entre os dous xenomas confirmou que certos xenes como o do factor de transcrición forkhead-box P2, que está implicado no desenvolvemento da fala, son diferentes na liñaxe humana. Varios xenes implicados na audición tamén se atopou que cambiaran durante a evolución humana, o que suxire unha selección que afectou ao comportamento humano relacionado coa linguaxe. As diferenzas entre un individuo humano e un chimpancé común estímanse que son 10 veceds maiores que as diferenzas típicas entre dous individuos humanos.[4]

Borrador da secuencia xenómica do chimpancé comúnEditar

A análise do xenoma do chimpancé foi publicado en Nature o 1 de setembro de 2005, nun artigo preparado polo Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium, un grupo de científicos que é apoiado en parte polo National Human Genome Research Institute, un dos Institutos Nacionais da Saúde de EUA. Este artigo sinlaba a terminación do borrador da secuencia xenómica.[4] Agora existe unha base de datos [5] que contén as diferenzas xenéticas entre os xenes humanos e os de chimpancé, entre os que hai uns 35 millóns de cambios dun só nucleótido, 5 millóns de eventos de insercións/delecións e varios rearranxos cromosómicos. A duplicación xénica explica a maioría das diferenzas de secuencia entre os humanos e os chimpancés. As substitucións dun só par de bases supoñen a metade do cambio xenético que as duplicacións xénicas.

As proteínas homólogas típicas de humanos e chimpancés difiren como media en só dous aminoácidos. Un 30% de todas as proteínas humanas son idénticas en secuencia ás proteínas correspondentes de chimpancé. Como se mencionou máis arriba, a duplicación xénica é a principal fonte de diferenzas entre o material xenético dos humanos e chimpancés, e só o 2,7% do xenoma actual representa diferenzas producidas por duplicacións xénicas ou delecións durante aproximadamente os últimos 6 millóns de anos,[6] desde que os humanos e os chimpancés diverxeron dos seus antepasados evolutivos comúns. A variación comparable entre poboacións humanas é do 0,5%.[7]

Identificáronse uns 600 xenes que puideron sufrir unha forte selección positiva nas liñaxes humanas e de chimpancés; moitos destes xenes están implicados na defensa inmunitaria contra doenzas microbianas (exemplo: a granulisina protexe contra o Mycobacterium tuberculosis [8]) ou son receptores diana de microorganismos patóxenos (exemplo: a glicoforina C e Plasmodium falciparum). Comparando os xenes humanos e os dos chimpancés cos xenes doutros mamíferos, atopouse que os xenes que codifican factores de transcrición, como forkhead-box P2 (FOXP2), adoitaron evolucionar máis rápido nos humanos en comparación cos chimpancés; os cambios relativamente pequenos nestes xenes pode explicar as diferenzas morfolóxicas entre os humanos e os chimpancés. Un conxunto de 348 xenes de factores de transcrición codifican proteínas, que presentan unha media dun 50% máis de cambios de aminoácidos na liñaxe humana que na do chimpancé.

Descubriuse que seis rexións cromosómicas humanas poden ter experimentado unha selección especialmente forte e coordinada durante os pasados 250 000 anos. Estas rexións conteñen polo menos un alelo marcador que parece exclusivo da liñaxe humana, mentres que toda a rexión cromosómica mostra unha variabilidade xenética menor da normal. Este padrón suxire que un ou uns poucos xenes fortemente seleccionados na rexión cromosómica puideron estar impedindo a acumulación aleatoria de cambios neutros noutros xenes veciños. Unha desas rexións no cromosoma 7 contén o xene FOXP2 (mencionado antes) e esta rexión tamén inclúe o xene do regulador da condutancia transmembrana da fibrose quística (CFTR), que é importante para o transporte de ferro en tecidos como o epitelio secretor de sal das glándulas sudoríparas. As mutacións humanas no xene CFTR poderían ser seleccionadas como unha maneira de sobrevivir ao cólera.[9]

Outras rexións do cromosoma 4 poden conter elementos que regulan a expresión do xene da protocadherina veciño que pode ser importante para o desenvolvemento e funcionamento do cerebro. Aínda que os cambios na expresión dos xenes que se expresan no cerebro tenden a ser menores que os doutros órganos (como o fígado) como media, os cambios na expresión xénica no cerebro foron máis drásticos na liñaxe humana que na do chimpancé.[10] Isto é consistente coa gran diverxencia do padrón único do desenvolvemento do cerebro observado na liñaxe humana comparado co padrón que tería no gran simio ancestral. O grupo xénico da protocadherina-beta no cromosoma 5 tamén presenta evidencias de posible selección positiva.[11]

Os resultados das análises dos xenomas humano e de chimpancé deberían axudar a comprender algunhas doenzas humanas. Os humanos parece que perderon un xene funcional da caspase-12, que noutros primates codifica un encima que pode protexer contra a enfermidade de Alzheimer.

 
Cromosomas humanos e do chimpancé. M significa ADN mitocondrial

Xenes do sitio de fusión do cromosoma 2Editar

 
Represenmtación diagramática da localización do sitio de fusión dos cromosomas 2A e 2B e os xenes inseridos nese lugar.

Os resultados do Proxecto Xenoma do Chimpancé suxiren que cando os cromosomas 2A e 2B ancestrais se fusionaron para producir o cromosoma humano 2, non se perdeu ningún xene nos extremos fusionados de 2A e 2B. No sitio de fusión, hai aproximadamente 150 000 pares de bases de secuencia que non se encontran nos cromosomas 2A e 2B de chimpancé. Existen copias ligadas adicionais dos xenes PGML/FOXD/CBWD noutras partes do xenoma humano, particularmente preto do extremo do brazo p do cromosoma 9 humano. Isto suxire que se puido engadir unha copia destes xenes ao extremo dos ancestrais 2A ou 2B antes do evento de fusión. Aínda se debe determinar se estes xenes inseridos dan algunha vantaxe selectiva. Xenes situados no sitio de fusión son:

  • PGML. Xene similar ao da fosfoglucomutase do cromosoma 2 humano. Este xene está incompleto e pode que non produza un transcrito funcional.[12]
  • FOXD. Xene similar a forkhead box D4. É un exemplo dun xene sen intrón. A función deste xene non é coñecida, pero pode codificar unha proteína para o control da transcrición.
  • CBWD. Xene da cobalamina sintetase. É un encima de orixe bacteriana para producir vitamina B12. No remoto pasado, un antepasado común de ratos e simios incorporou unha copia dun xene de cobalamina sintase (ver transferencia horizontal de xenes). Os humanos son neste aspecto especiais porque teñen varias copias de xenes similares ao da cobalamina sintase, incluíndo o do cromosoma 2. Queda por deteminar cal é a función destes xenes similares ao da cobalamina sintase humanos. Se estes xenes están implicados no metabolismo da vitamina B12, isto podería ser relevante para a evolución humana. Un cambio principal no desenvolvemento humano é o maior crecemento posnatal do cerebro que o que se observa noutros simios. A vitamina B12 é importante para o desenvolvemento do cerebro e a deficiencia en vitamina B12 durante o desenvolvemento cerebral ten como resultado graves defectos neurolóxicos nos nenos.
  • Proteína similar a CXYorf1. Illáronse varios transcritos de función decoñecida correspondentes a esta rexión. Esta rexión está tamén presente na rexión 9p terminal estreitamente relacionada que contén copias dos xenes PGML/FOXD/CBWD.
  • Moitos pseudoxenes da proteína L23a ribosómica están espallados polo xenoma humano.

NotasEditar

  1. McConkey EH (2004). "Orthologous numbering of great ape and human chromosomes is essential for comparative genomics". Cytogenet. Genome Res. 105 (1): 157–8. PMID 15218271. doi:10.1159/000078022. 
  2. Springer MS, Murphy WJ, Eizirik E, O'Brien SJ (February 2003). "Placental mammal diversification and the Cretaceous-Tertiary boundary". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100 (3): 1056–61. Bibcode:2003PNAS..100.1056S. PMC 298725. PMID 12552136. doi:10.1073/pnas.0334222100. 
  3. De Grouchy J (August 1987). "Chromosome phylogenies of man, great apes, and Old World monkeys". Genetica 73 (1–2): 37–52. PMID 3333352. doi:10.1007/bf00057436. 
  4. 4,0 4,1 Chimpanzee Sequencing; Analysis Consortium (2005). "Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome" (PDF). Nature 437 (7055): 69–87. Bibcode:2005Natur.437...69.. PMID 16136131. doi:10.1038/nature04072. 
  5. "Chimpanzee genome database". 
  6. Caswell JL, Mallick S, Richter DJ, Neubauer J, Schirmer C, Gnerre S, Reich D (April 2008). "Analysis of chimpanzee history based on genome sequence alignments". PLoS Genet. 4 (4): e1000057. PMC 2278377. PMID 18421364. doi:10.1371/journal.pgen.1000057. 
  7. Cheng Z, Ventura M, She X, Khaitovich P, Graves T, Osoegawa K, et al. (September 2005). "A genome-wide comparison of recent chimpanzee and human segmental duplications". Nature 437 (7055): 88–93. Bibcode:2005Natur.437...88C. PMID 16136132. doi:10.1038/nature04000. 
  8. Stenger S, Hanson DA, Teitelbaum R, Dewan P, Niazi KR, Froelich CJ, et al. (October 1998). "An antimicrobial activity of cytolytic T cells mediated by granulysin". Science 282 (5386): 121–5. Bibcode:1998Sci...282..121S. PMID 9756476. doi:10.1126/science.282.5386.121. 
  9. Goodman BE, Percy WH (June 2005). "CFTR in cystic fibrosis and cholera: from membrane transport to clinical practice". Adv Physiol Educ 29 (2): 75–82. PMID 15905150. doi:10.1152/advan.00035.2004. 
  10. Khaitovich P, Hellmann I, Enard W, Nowick K, Leinweber M, Franz H, Weiss G, Lachmann M, Pääbo S (September 2005). "Parallel patterns of evolution in the genomes and transcriptomes of humans and chimpanzees". Science 309 (5742): 1850–4. Bibcode:2005Sci...309.1850K. PMID 16141373. doi:10.1126/science.1108296. 
  11. Miki R, Hattori K, Taguchi Y, Tada MN, Isosaka T, Hidaka Y, Hirabayashi T, Hashimoto R, Fukuzako H, Yagi T (April 2005). "Identification and characterization of coding single-nucleotide polymorphisms within human protocadherin-alpha and -beta gene clusters". Gene 349: 1–14. PMID 15777644. doi:10.1016/j.gene.2004.11.044. 
  12. Fan Y, Newman T, Linardopoulou E, Trask BJ (November 2002). "Gene content and function of the ancestral chromosome fusion site in human chromosome 2q13-2q14.1 and paralogous regions". Genome Res. 12 (11): 1663–72. PMC 187549. PMID 12421752. doi:10.1101/gr.338402. 

Véxase taménEditar

Outros artigosEditar