Gener kommer och går i vår fyrdubblade arvsmassa

Nyligen bekräftades att människans arvsmassa ursprungligen är fyrdubblad vilket skedde före uppkomsten av de käkförsedda ryggradsdjuren. Noggrann kartläggning av flera genfamiljer visar nu att människans utvecklingslinje sedan dess förlorat många gener som finns kvar i andra djurgrupper. Vissa grupper av ryggradsdjur har dubblerat arvsmassan vid ytterligare tillfällen har därför fler gener än människan.

Redan 1993 fann Uppsalaforskaren Lars G Lundin att flera kromosomsegment i människans arvsmassa uppvisar påtagliga likheter med varandra. Detta tydde på att vår arvsmassa expanderat genom kopiering av stora genregioner. Noggranna analyser av genfamiljer har sedan givit allt starkare stöd för att hela arvsmassan fördubblades två gånger innan de första ryggradsdjuren med käkar uppstod för ca 450 miljoner år sedan. I somras bekräftades denna hypotes när arvsmassan för en nära släkting till ryggradsdjuren, den lilla lansettfisken, publicerades i tidskriften Nature.

En forskargrupp ledd av Dan Larhammar har under 2008 publicerat sex artiklar med noggranna jämförelser av genfamiljer och kromosomregioner hos flera olika ryggradsdjur inklusive människa, hund, kyckling, flera arter av benfiskar samt en haj.

- Jämförelserna visar att kromosomregionerna är förvånansvärt lika varandra trots de oerhörda tidsrymder som förflutit sedan djurgrupperna däggdjur och benfiskar gick skilda vägar i evolutionen, säger Dan Larhammar.

Den genfamilj som särskilt studerats ger upphov till peptider (signalmolekyler) som är inblandade i regleringen av aptit. En av peptiderna kallas NPY och leder till hunger medan två besläktade peptider som finns hos däggdjur leder till mättnad. Hos människan åstadkommer peptiderna sina effekter via fyra olika receptorer (mottagare). Den senaste av forskargruppens rapporter bekräftar nu att de ursprungliga ryggradsdjuren hade hela sju receptorer. Under evolutionens gång har alltså nästan hälften av receptorerna gått förlorade i den utvecklingslinje som leder till människan.

- Den nya studien visar att hajen fortfarande har kvar alla sju ursprungliga receptorerna, säger Dan Larhammar.

Forskarna beskriver förluster av gener även för många andra genfamiljer som ligger i samma kromosomregioner som aptitgenerna. Å andra sidan har gener tillkommit i de olika djurgrupperna, särskilt dramatiskt hos de egentliga benfiskarna vars föregångare fördubblade arvsmassan ytterligare en gång för ca 350 miljoner år sedan. Benfiskar har därför fler gener än människan.

- Vi visar att människan i vissa avseenden förlorat genetisk komplexitet och att andra arter i vissa avseenden är genetiskt betydligt mer komplexa än människan. Studierna hjälper till att förklara hur gener fungerar och hur nya och mer specialicerade funktioner uppstått under evolutionen.

Flera av studierna är gjorda i samarbete med en forskargrupp i Singapore. Artiklarna är publicerade i BMC Evolutionary Biology (2 st), Genomics, Gene och General and Comparative Endocrinology. Nyligen beskrev Dan Larhammars forskargrupp hur de fyra receptorerna för opioida peptider (och för morfin) uppstod på samma sätt med kromosomkopieringar för 450 miljoner år sedan vilket publicerades i den amerikanska vetenskapsakademins tidskrift PNAS, se pressmeddelandet.

Läs artiklarna; i Evolutionary Biology, nästa i Evolutionary Biology, Genomics, Gene, General and Comparative Endocrinology och PNAS.

För mer information kontakta Dan Larhammar, 018-471 4173, e-post: Dan.Larhammar@neuro.uu.se