Geni Accesi/Spenti

ON/OFF GENES

Ci si potrebbe domandare come sia possibile che esseri tanto differenti tra loro (il Neanderthal e l'Uomo Moderno) siano in realtà geneticamente quasi identici (il 98.84% del loro DNA è lo stesso).

E' stata formulata un'ipotesi attraente: la molecola del DNA presenterebbe alcuni "attivatori" che funzionerebbero proprio come interruttori. Si otterrebbe quindi il medesimo effetto che si produce in due automobili uguali, egualmente accessoriate, in una delle quali tutti gli accessori sono accesi, mentre nell'altra sono tutti spenti. In realtà, nel Neanderthal sono accesi anche molti altri geni che nell'uomo moderno sono spenti, pur essendo presenti: il risultato finale è quello di ottenere due esseri che sembrano - ma non sono veramente - profondamente differenti... ( per esempio: geni che controllano la forma degli arti e le funzioni del cervello).

L'ipotesi è basata su risultati tecnico scientifici e definiscono ancora meglio quello che si definisce 'epigenoma' (il genoma è la struttura biomolecolare di circa 3 miliardi di molecole in sequenza del DNA; l'epigenoma è lo stato di attivazione o disattivazione delle sue singole parti, con l'espressione differente che ne consegue).

Negli ultimi anni si era già chiarito come il silenziamento del genoma possa produrre il cancro, oppure come gemelli identici (con DNA uguale) possano essere molto differenti tra loro, proprio per via dell'epigenoma (che, proprio per tale motivo, è spesso chiamato "il secondo codice genetico"). Oggi, abbiamo indizi su come l'uomo moderno differisce dal Neandethal e dal Denisova.

Lo studio è stato eseguito dall'Università di Gerusalemme su DNA proveniente da ossa degli arti (di un uomo vivente, di un Neanderthal, di un denisoviano e di un uomo estinto risalente al paleolitico rinvenuto in siberia nel 2010. Sono state identificate circa 2200 regioni di DNA  che risultano attive nell'Uomo Moderno e sono silenti in quelli antichi e circa altrettante viceversa.

Una delle differenze più evidenti è un cluster di 5 geni (chiamati HOXD) che influenzano la forma e le dimensioni degli arti, incluse braccia e mani: risulta 'spento' nelle specie antiche. Questo potrebbe spiegare gambe e braccia più corte del Neanderthal, le sue gambe arcuate, le mani e dita grandi, la curvatura delle braccia. Può anche darsi che - in fondo - si tratti di un adattamento biologico al clima molto più rigido dell'età della pietra. 

Infatti, uno dei fattori che agiscono sull'epigenoma - ed anche in misura evidente - sono proprio l'ambiente, la dieta, altri fattori.

 Per ora - pertanto - è impossibile stabilire se le differenze 'Acceso/spento' si riferiscono alla specie, oppure soltanto agli individui studiati.

Le differenze implicate dall'epigenoma riguardano anche i disordini psichiatrici e neurologici (autismo, schizofrenia, 'demenza' senile etc). Sembra che - in massima parte - i geni responsabili fossero silenti nel Neanderthal. Nell'Uomo moderno, invece, sembra che l'attivazione di geni correlati con le funzioni del cervello abbia anche prodotto una serie d'effetti collaterali negativi. Oltre, di fatto, a produrre il "grande salto in avanti" che lo distingue dai suoi 'cugini' estinti.

http://www.sciencemag.org/content/early/2014/04/16/science.1250368

ed ecco l'abstract dell'articolo originale in inglese:

Reconstructing the DNA Methylation Maps of the Neandertal and the Denisovan

1. David Gokhman1, 
2. Eitan Lavi1, 
3. Kay Prüfer2, 
4. Mario F. Fraga3, 
5. José A. Riancho4, 
6. Janet Kelso2, 
7. Svante Pääbo2,
8. Eran Meshorer1,*, 
9. Liran Carmel1,*

+Author Affiliations

1. ¹Department of Genetics, The Alexander Silberman Institute of Life Sciences, The Hebrew University of Jerusalem, Jerusalem, Israel 91904.
2. ²Department of Evolutionary Genetics, Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology, D-04103 Leipzig, Germany.
3. ³Cancer Epigenetics Laboratory, IUOPA, University of Oviedo and CNB-CSIC, Spain.
4. ⁴Department of Medicine, Hospital U.M. Valdecilla, University of Cantabria, IDIVAL, Santander, Spain.

1. ↵*Corresponding author. E-mail: liran.carmel@huji.ac.il (L.C.); meshorer@huji.ac.il (E.M.)

• ABSTRACT

Ancient DNA sequencing has recently provided high-coverage archaic human genomes. However, the evolution of epigenetic regulation along the human lineage remains largely unexplored. We reconstructed the full DNA methylation maps of the Neandertal and the Denisovan by harnessing the natural degradation processes of methylated and unmethylated cytosines. Comparing these ancient methylation maps to those of present-day humans, we identified ~2000 differentially methylated regions (DMRs). Particularly, we found substantial methylation changes in the HOXD cluster that may explain anatomical differences between archaic and present-day humans. Additionally, we found that DMRs are significantly more likely to be associated with diseases. This study provides insight into the epigenetic landscape of our closest evolutionary relatives and opens a window to explore the epigenomes of extinct species.

Espansione dell'uomo ed interbreeding

Did the Denisovans Cross Wallace's Line?

Scientists have proposed that the most recently discovered ancient human relatives -- the Denisovans - somehow managed to cross one of the world's most prominent marine barriers in Indonesia, and later interbred with modern humans moving through the area on the way to Australia and New Guinea.

Three years ago the genetic analysis of a little finger bone from Denisova cave in the Altai Mountains in northern Asia led to a complete genome sequence of a new line of the human family tree -- the Denisovans. Since then, genetic evidence pointing to their hybridisation with modern human populations has been detected, but only in Indigenous populations in Australia, New Guinea and surrounding areas. In contrast, Denisovan DNA appears to be absent or at very low levels in current populations on mainland Asia, even though this is where the fossil was found.

Published today in a Science opinion article, scientists Professor Alan Cooper of the University of Adelaide in Australia and Professor Chris Stringer of the Natural History Museum in the UK say that this pattern can be explained if the Denisovans had succeeded in crossing the famous Wallace's Line, one of the world's biggest biogeographic barriers which is formed by a powerful marine current along the east coast of Borneo. Wallace's Line marks the division between European and Asian mammals to the west from marsupial-dominated Australasia to the east.

Wallace's line delineates Australian and Southeast Asian fauna. The probable extent of land at the time of the last glacial maximum, when the sea level was more than 110 m lower than today, is shown in grey. The deep water of the Lombok Strait between Bali and Lombok formed a water barrier even when lower sea levels linked the now-separated islands and landmasses on either side [Credit: Maximilian Dörrbecker/WikiCommons]

"In mainland Asia, neither ancient human specimens, nor geographically isolated modern Indigenous populations have Denisovan DNA of any note, indicating that there has never been a genetic signal of Denisovan interbreeding in the area," says Professor Cooper, Director of the University of Adelaide's Australian Centre for Ancient DNA. "The only place where such a genetic signal exists appears to be in areas east of Wallace's Line and that is where we think interbreeding took place -- even though it means that the Denisovans must have somehow made that marine crossing."

"The recent discovery of another enigmatic ancient human species Homo floresiensis, the so-called Hobbits, in Flores, Indonesia, confirms that the diversity of archaic human relatives in this area was much higher than we'd thought," says Professor Stringer, Research Leader in Human Origins, Natural History Museum, in London. "The morphology of the Hobbits shows they are different from the Denisovans, meaning we now have at least two, and potentially more, unexpected groups in the area.

"The conclusions we've drawn are very important for our knowledge of early human evolution and culture. Knowing that the Denisovans spread beyond this significant sea barrier opens up all sorts of questions about the behaviours and capabilities of this group, and how far they could have spread."

"The key questions now are where and when the ancestors of current humans, who were on their way to colonise New Guinea and Australia around 50,000 years ago, met and interacted with the Denisovans," says Professor Cooper.

"Intriguingly, the genetic data suggest that male Denisovans interbred with modern human females, indicating the potential nature of the interactions as small numbers of modern humans first crossed Wallace's Line and entered Denisovan territory."

Source: University of Adelaide [October 17, 2013]