Neanderthal: nuova prospettiva sui genomi degli uomini preistorici
Un genoma da solo è come una ricetta senza uno chef – pieno di informazioni importanti, ma bisognoso di interpretazione. Così, anche se abbiamo sequenziato i genomi dei nostri progenitori (i Neanderthal e i Denisovani) restano molte incognite su come le differenze nei nostri genomi portino effettivamente a differenze nei tratti fisici.
“Quando guardiamo i genomi dei popoli antichi, non abbiamo tutti gli strati e i segni che di solito abbiamo nei campioni degli individui attuali che ci aiutano a interpretare la regolazione del genoma, come l’RNA o la struttura cellulare“. Ha detto David Gokhman, un borsista post-dottorato in biologia alla Stanford University.
“Abbiamo solo la sequenza del DNA nuda, e tutto quello che possiamo fare è fissarla e sperare che un giorno saremo in grado di capire cosa significa“.
Neanderthal: nuova prospettiva forse alla base dell’evoluzione del cervello e del tratto vocale
Motivato da tali speranze, un team di ricercatori di Stanford e dell’Università della California, San Francisco (UCSF), ha ideato un nuovo metodo per raccogliere più informazioni dai genomi degli esseri umani preistorici, per rivelare potenzialmente le conseguenze fisiche delle differenze genomiche tra noi e loro.
Il loro lavoro, pubblicato il 22 aprile in eLife, si è concentrato sulle sequenze relative all’espressione genica – il processo con cui i geni sono attivati o silenziati, che determina quando, come e dove le istruzioni del DNA sono seguite. L’espressione genica tende ad essere il dettaglio genetico che determina le differenze fisiche tra gruppi strettamente correlati.
Partendo da 14.042 varianti genetiche uniche, per gli esseri umani moderni, i ricercatori ne hanno trovate 407 che contribuiscono specificamente alle differenze di espressione genica tra gli esseri umani moderni e arcaici. In ulteriori analisi, hanno determinato che le differenze erano più probabilmente associate al tratto vocale e al cervelletto, che è la parte del nostro cervello che riceve informazioni sensoriali e controlla il movimento volontario, tra cui la camminata, la coordinazione, l’equilibrio e la parola.
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“Sembra così inverosimile che si possa fare una telefonata come: ‘Penso che la laringe si sia evoluta’, dalle informazioni che abbiamo”. Asserisce Dmitri Petrov, il professore Michelle e Kevin Douglas nella Scuola di Scienze Umane e Scienze; che è anche co-autore senior del documento con Gokhman e Nadav Ahituv, un professore di bioingegneria alla UCSF.
“Le previsioni sono quasi fantascienza. Se cinque anni fa qualcuno mi avesse detto che questo sarebbe stato possibile, non ci avrei puntato molti soldi”.
Il percorso verso l’uomo moderno
Con un numero così grande di varianti da esaminare, i ricercatori si sono affidati a una tecnica chiamata “massively parallel reporter assay” per testare quali sequenze effettivamente influenzano la regolazione del gene. La versione di questa tecnica, che è stata sviluppata da Ahituv, comporta il condizionamento della variante di sequenza del DNA in un “gene relatore” all’interno di un virus. Quel virus viene poi messo in una cellula. Se quella variante influisce sull’espressione genica, il gene relatore, produce una molecola con codice a barre che identifica da quale sequenza di DNA proviene. Il codice a barre permette ai ricercatori di scansionare i prodotti di un gran numero di varianti in una sola volta.
Essenzialmente, l’intero processo imita una versione abbreviata di come ogni variante si svolgerebbe in una cellula nella vita reale e riporta i risultati.
Lana Harshman, una studentessa laureata alla UCSF e co-autrice principale del documento, ha infettato tre tipi di cellule con i gruppi di varianti del team. Queste cellule erano legate al cervello, allo scheletro e al primo sviluppo; soggetti che più probabilmente rivelano differenze evolutive tra noi e i nostri antenati più recenti. Carly Weiss, uno studioso post-dottorato nel laboratorio di Petrov e co-autore principale della carta, ha analizzato i risultati di questi esperimenti.
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In totale, i ricercatori hanno trovato 407 sequenze che rappresentano un cambiamento di espressione negli esseri umani moderni rispetto ai nostri predecessori. Tra questa lista, i geni che influenzano il cervelletto e i geni che influenzano la scatola vocale, la faringe, la laringe e le corde vocali sembrano essere sovrarappresentati.
“Questo suggerirebbe una sorta di rapida evoluzione di quegli organi; o una sorta di percorso che è specifico per gli esseri umani moderni“. Sostiene Gokhman. “Il prossimo passo – ha aggiunto – sarebbe cercare di capire di più su queste sequenze e i ruoli che hanno giocato nell’evoluzione degli esseri umani moderni.”
Anche con queste incognite, questa tecnica di per sé è un progresso significativo per la ricerca evolutiva, ha detto Petrov.
“Questo va oltre il sequenziamento del DNA delle ossa di Neanderthal e Denisovan. Questo inizia a dare un significato a quelle differenze“, conclude Petrov. “È un importante passo concettuale dalla semplice sequenza – nessun tessuto, nessuna cellula – alle informazioni biologiche e permetterà molti studi futuri“.
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