Moderne Menschen kreuzten sich in Asien mit Denisova-Menschen und verliehen ihnen eine genetische Anpassung zur Regulierung von Zink, die den Menschen bei der Anpassung an kaltes Klima half, eine Eigenschaft, die heute in nicht-afrikanischen Bevölkerungsgruppen weit verbreitet ist. Obwohl diese Anpassung für die Kälteadaption von Vorteil ist, kann sie Menschen auch für verschiedene psychische Störungen prädisponieren.
Die Forschung legt nahe, dass die beobachtete genetische Variante, die die Zinkregulation beeinflusst, auf einen evolutionären Vorteil bei der Anpassung unserer Vorfahren an die Kälte hinweisen könnte.
Vor etwa 60.000 Jahren begannen moderne Menschen mit der Migration aus Afrika, eine Migration, die oft als „Out of Africa“-Ereignis bezeichnet wird. Bei ihrer Ankunft in Asien trafen diese Menschen auf die Denisova-Menschen. Dieses Treffen dürfte zu einer Mischung aus Konflikt und Kooperation, aber auch zu unterschiedlichen Hybridisierungen geführt haben. Tatsächlich behalten moderne Menschen auch heute noch genetische Varianten Denisova-Ursprungs in unserem Genom, die diese anfänglichen Interaktionen bezeugen.
Jetzt arbeitet ein Team unter der Leitung des Instituts für Evolutionsbiologie (IBE), einem gemeinsamen Zentrum des spanischen Nationalen Forschungsrats (CSIC), der Universität Pompeu Fabra (UPF) und der Abteilung für Medizin und Biowissenschaften (MELIS) der UPF , ist zu einem Ergebnis gekommen. Identifizierte eine der am weitesten verbreiteten Spuren des genetischen Erbes der ausgestorbenen Denisova-Arten beim modernen Menschen. Das Team von Elena Bosch, Hauptforscherin am IBE, und Rubén Vicente, Hauptforscherin am MELIS-UPF, entdeckte, dass diese genetische Anpassung Vorfahrengruppen von half Der Weise Um sich an die Kälte anzupassen.
Die beobachtete Variante, die an der Zinkregulierung beteiligt ist und eine Rolle im Zellstoffwechsel spielt, könnte auch ein Grund dafür sein, dass moderne Menschen für psychiatrische Erkrankungen wie Depressionen oder Schizophrenie prädisponiert sind.
Genetische Variationen in der Zinkregulation könnten einen evolutionären Vorteil bedeutet haben
Wie Anpassung die aktuelle genetische Variation in menschlichen Populationen beeinflusst, ist in der Evolutionsgenetik von großem Interesse.
Ausgehend von dieser Frage hat das Team um Elena Bosch eine adaptive Variante heutiger menschlicher Gruppen in einem Bereich unseres Genoms identifiziert, der große Ähnlichkeit mit dem Genom einer ausgestorbenen Vorfahrengruppe aufweist: der Denisova-Menschen.
Geografische Verteilung der identifizierten Substitution im SLC30A9-Gen in aktuellen menschlichen Populationen und mögliche Szenarien für die Einführung von Denisova-Menschen. Die Abstammung von SLC30A9 entspricht der Genversion vor dem Crossover zwischen Denisovan und Sapiens. Die SLC30A9-Variante bezieht sich auf die Version, die mit dem Denisovan geteilt wird. Bildnachweis: Jorge Garcia und Elena Bosch. Lizenziert unter Creative Commons 4.0. Im Kartenlayout erstellt.
„Durch die Genomanalyse haben wir festgestellt, dass die beobachtete genetische Variante aus unserer Kreuzung mit alten Menschen in der Vergangenheit stammt, möglicherweise mit Denisova-Menschen“, sagt Anna Rocca-Humbert, Co-Erstautorin der Studie. Das Team schloss eine Neandertaler-Abstammung aus, da diese Populationen diese Mutation nicht aufweisen.
„Anscheinend war die Änderung von Vorteil und erwies sich als selektiver Vorteil für den Menschen. Infolgedessen ist diese Variation in SLC30A9 „Das Gen wurde für die aktuelle Population ausgewählt und erreichte diese“, fügt Jorge Garcia Calleja, Co-Erstautor der Studie, hinzu.
Das von Bush geleitete Labor für Evolutionäre Populationsgenetik wollte wissen, welche Veränderungen diese genetische Vielfalt Denisova-Ursprungs auf zellulärer Ebene verursachte. „Wir entdeckten, dass diese Mutation definitiv Auswirkungen auf den Zinktransport innerhalb der Zelle hatte, und kontaktierten daher Vicentes Team“, erinnert sich Elena Bosch, Hauptforscherin am IBE und Co-Leiterin der Studie.
Zinkregulierung: Schlüssel zur Kälteanpassung
„Elena hat mich kontaktiert, weil ihr Team eine Veränderung im Amino bemerkt hat sauer Im Zinktransporter, der heute zwischen den Populationen Afrikas und Asiens sehr unterschiedlich war. Von da an begannen wir, uns Fragen zu stellen und nach Antworten zu suchen“, kommentierte Rubén Vicente. Sein Team in der Gruppe „Biophysik des Immunsystems“ im Labor für Molekulare Physiologie stellte sich der technischen Herausforderung, die Bewegung von Zink in Zellen zu untersuchen.
Veranschaulichung, dass sich ein Teil des Transporters in Mitochondrien befindet, durch hochauflösende STED-Mikroskopie mit HEZ293-Zellen, die mit dem Zinktransporter ZnT9 (grün) transfiziert sind. In violetter Farbe ist das mitochondriale Protein TOM 20 dargestellt und in weißer Farbe ist es in den Mitochondrien lokalisiert. Bildnachweis: Ruben Vicente.
Zink, ein wesentliches Element für die menschliche Gesundheit, ist ein wichtiger Botenstoff, der Informationen von außerhalb ins Innere der Zellen und zwischen verschiedenen Zellkompartimenten überträgt. Zinkmangel verursacht Wachstums-, neurologische und Immunstörungen, obwohl „seine Regulierung aufgrund des Mangels an molekularen Instrumenten zur Überwachung des Zinkflusses noch wenig untersucht ist“.
Vicentes Labor stellte fest, dass die beobachtete Variante ein neues Zinkgleichgewicht in der Zelle verursacht und so eine Veränderung des Stoffwechsels fördert. Durch die Veränderung des endoplasmatischen Retikulums und der Mitochondrien in Zellen führt dieser Unterschied zu einem potenziellen Stoffwechselvorteil im Umgang mit einem feindlichen Klima. „Der beobachtete Phänotyp lässt uns über eine mögliche Anpassung an Kälte nachdenken“, betont Vicente.
Das genetische Erbe des Denisova-Menschen kann sich auf die psychische Gesundheit der Bevölkerung in Europa und Asien auswirken
Auch der Zinktransport ist am Nervensystem beteiligt Erregung und spielt eine Rolle für das geistige Gleichgewicht und die Gesundheit der Menschen.
Das Team vermutet, dass eine Variante dieses Zinktransporters, der in allen Geweben des Körpers exprimiert wird, mit einer größeren Anfälligkeit für bestimmte psychische Erkrankungen verbunden ist. Dazu gehören Anorexia nervosa, Hyperaktivitätsstörung, Autismus-Spektrum-StörungBipolare Störung, Depression, Zwangsstörung und Schizophrenie.
„In Zukunft könnte die Ausweitung dieser Studie auf Tiermodelle Aufschluss über diese Veranlagung für psychische Erkrankungen geben“, betont Vicente.
Die genetische Variante hat weltweit Spuren hinterlassen, außer in Afrika
Obwohl diese Variante in Asien als Ergebnis der Hybridisierung zwischen Denisova-Menschen und Denisova-Menschen etabliert wurde Der WeiseEs verbreitete sich auch auf die europäische und indianische Bevölkerung. Tatsächlich kommt es in Populationen auf der ganzen Welt vor, obwohl es bei afrikanischen Populationen weniger verbreitet ist.
Das Team vermutet, dass die genetische Anpassung des Denisova-Menschen wahrscheinlich die größte bisher entdeckte geografische Reichweite hatte. „Zum Beispiel die Alternative in Ibas1 Das vererbte Denisova-Gen ermöglicht die Anpassung an das Leben in großen Höhen, kommt aber nur bei Tibetern vor. In unserem Fall erstrecken sich die Auswirkungen jedoch auf alle Bevölkerungsgruppen außerhalb Afrikas.“
Referenz: „Humangenetische Anpassung im Zusammenhang mit der zellulären Zinkhomöostase“ von Ana Roca Humbert, Jorge García Calleja, Marina Vogel González, Alejandro Fierro Villegas, Gerard El Raja, Victor Herrera Fernández, Anja Bošnjak, Gerard Montagne und Esteban. Gutierrez, Felix Campillo, Ruben Vicente und Elena Bosch, 25. September 2023, PLOS-Genetik.
doi: 10.1371/journal.pgen.1010950