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Neuer Einblick in die Evolution
Es ist ein verlockender Gedanke, der von X-Men-inspirierten Tagträumen würdig ist: Entwickeln sich einige von uns zum Guten oder zum Schlechten schneller als andere? Immer mehr Beweise deuten darauf hin, dass die Rate der genetischen Rekombination – eine der treibenden Kräfte der menschlichen Evolution – zwischen einzelnen Individuen stark variiert. Zwei neue Studien beleuchten das Innenleben dieses Gen-Shuffling-Prozesses und heben die Unterschiede in der Art und Weise hervor, wie Männer und Frauen die DNA neu anordnen, die sie an ihre Kinder weitergeben. Die Ergebnisse könnten Wissenschaftlern helfen, Störungen wie Fehlgeburten und das Down-Syndrom zu verstehen, die mit Fehlern bei der Rekombination verbunden sind.
Genetische Rekombination: Wenn sich Zellen teilen, um Eier und Spermien zu produzieren, ein Prozess, der Meiose genannt wird, paaren sich die entsprechenden mütterlichen und väterlichen Chromosomen und tauschen kleine DNA-Stücke aus. (Gepaarte Chromosomen sind oben abgebildet.) Dies gewährleistet eine ständige Quelle genetischer Vielfalt, die die Evolution vorantreibt.
Während der Rekombination richten sich die entsprechenden mütterlichen und väterlichen Chromosomen innerhalb der Zellen aus und tauschen DNA-Stücke aus. Diese Zellen entwickeln sich schließlich zu Spermien und Eiern und verleihen zukünftigen Nachkommen eine andere Genkonfiguration als ihre Eltern. Die Rekombination stellt eines der mächtigsten Mittel dar, mit dem neue Kombinationen von genetischen Varianten im Genom erzeugt werden, sagt Kari Stefansson , Chief Executive Officer von deCODE Genetics in Island und leitender Autor einer der Studien.
Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Rekombination oft an bestimmten Stellen im Genom lokalisiert ist, die als Hot Spots bekannt sind. Die Genome einiger Menschen unterliegen diesem Austausch stärker als die anderer Menschen, mit offensichtlich tiefgreifenden Konsequenzen. Im Jahr 2005 stellte Stefanssons Gruppe bei deCODE fest, dass Frauen mit höheren Rekombinationsraten mehr Kinder bekamen, was darauf hindeutet, dass die Evolution nach molekularen Mechanismen ausgewählt hat, die Vielfalt schaffen.
Wissenschaftler untersuchen die Rekombination, indem sie die genetische Variation bei Eltern und ihren Kindern vergleichen. Neue Techniken zur Analyse einer großen Zahl genetischer Variationen, die häufig zur Identifizierung von mit Krankheiten in Zusammenhang stehenden Genen verwendet werden, ermöglichen jetzt eine detailliertere Analyse der Rekombination als je zuvor. (Siehe Gene für mehrere häufige Krankheiten gefunden .) In einer solchen Studie, die am Donnerstag in der Online-Version der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaft erstellten Forscher der University of Chicago eine hochauflösende Karte von Rekombinations-Hotspots, indem sie die DNA von 725 Personen analysierten. Die Freiwilligen stammten aus 82 Hutterer-Familien, einer genetisch ähnlichen Gruppe europäischer Einwanderer, die sich im 19. Jahrhundert in den Dakotas niederließen.
Diese Karte ermöglichte es den Forschern zu analysieren, wie sich bestimmte Hotspots zwischen Männern und Frauen sowie Eltern und Kindern unterscheiden. Manche Menschen nutzen einige Hotspots mehr als andere, sagt Graham Coop , einem Forscher an der University of Chicago, der die Arbeit leitete. Coop und seine Mitarbeiter fanden auch heraus, dass Männer und Frauen unterschiedliche Rekombinationsraten aufwiesen und dazu neigten, verschiedene Hotspots für die Rekombination zu verwenden. Darüber hinaus schien dieses Muster der Hot-Spot-Nutzung geerbt zu sein. Das deutet auf Unterschiede in der Rekombinationsmaschinerie zwischen Individuen hin, sagt Coop. Er hofft schließlich, die Gene zu identifizieren, die die Rekombination kontrollieren.
Stefansson und seine Kollegen tun genau das in einer zweiten Studie, die ebenfalls am Donnerstag in . veröffentlicht wurde Wissenschaft . Die Forscher scannten die Genome von 20.000 Menschen auf spezifische genetische Variationen, die mit der Rekombinationsrate zusammenhängen. Sie identifizierten zwei Variationen innerhalb eines als RNF212 bekannten Gens, die zusammen 22 Prozent bzw. 6,5 Prozent der väterlichen bzw. mütterlichen Variation ausmachten. Über die Funktion des Gens ist wenig bekannt.
Überraschenderweise hatten diese Variationen bei Männern und Frauen entgegengesetzte Auswirkungen: Die Mutation, die die Rekombination bei Frauen erhöhte, bewirkte bei Männern das Gegenteil und umgekehrt. Die Ergebnisse legen einen evolutionären Mechanismus nahe, um die genetische Vielfalt zu kontrollieren. Es ist wichtig, die Vielfalt zu erhöhen, aber wenn sie nicht kontrolliert wird, führt dies wahrscheinlich zu einer Instabilität im Genom, die gefährlich sein könnte, sagt Stefansson. Wenn Sie dieselbe Sequenzvariante haben, die die Rekombination bei Männern in eine Richtung und bei Frauen in die andere Richtung beeinflusst, haben Sie einen Mechanismus zusammengestellt, um die Rekombinationsraten in bestimmten Grenzen zu halten.
Beide Studien beleuchten die grundlegenden Grundlagen der menschlichen Evolution, die sich letztendlich auf die menschliche Gesundheit auswirken könnten. Beispielsweise kann eine abnormale Rekombination zu einer Fehlgeburt führen. Ältere Frauen mit höheren Fehlgeburten neigen dazu, Kinder zu bekommen, deren Genome Hinweise auf eine höhere Rekombinationsrate aufweisen. Ein besseres Verständnis der dieser Beobachtung zugrunde liegenden Mechanismen könnte schließlich zu neuen Fruchtbarkeitsbehandlungen führen.