進化と自然淘汰は、DNAのレベルで行われます。これは、遺伝子が変異し、遺伝的特性が定着するか、時間の経過とともに失われるためです。しかし今、科学者は進化が他のスケール全体で起こる可能性があると考えています-遺伝子を通してではなく、それらの表面に付着した分子を通して受け継がれています。
メチル基と呼ばれるこれらの分子は、DNAの構造を変化させ、遺伝子のオンとオフを切り替えることができます。変化は「エピジェネティックな修飾」として知られており、ゲノムの「上」または「上」に表示されます。人間を含む多くの生物にはメチル基が点在するDNAがありますが、ショウジョウバエや回虫のような生き物は進化の過程でそうするために必要な遺伝子を失いました。
別の生物、酵母 クリプトコッカスネオフォルマンス、また、白亜紀の約5億から1億5000万年前の時期に、メチル化のための主要な遺伝子を失いました。しかし驚くべきことに、現在の形では、真菌はまだゲノム上にメチル基を持っています。今、科学者はそれを理論化します C.ネオフォルマンス ジャーナルCellで1月16日に発表された研究によれば、新たに発見された進化のモードのおかげで、何千万年もの間、エピジェネティックな編集を続けることができました。
研究の背後にいる研究者たちは、進化の秘訣を明らかにすることを期待していませんでした。上級著者であるカリフォルニア大学サンフランシスコの生化学および生物物理学の教授であり、Chan Zuckerberg Biohubの主任研究者であるHiten Madhani博士は、ライブサイエンスに語った。
グループは通常勉強します C.ネオフォルマンス 酵母が人間の真菌性髄膜炎を引き起こす方法をよりよく理解するため。 UCSFの声明によると、真菌は弱い免疫システムで人々に感染する傾向があり、HIV / AIDS関連のすべての死亡の約20％を引き起こします。 Madhaniと彼の同僚は、日々の遺伝暗号を掘り下げています C.ネオフォルマンス酵母が人間の細胞に侵入するのを助ける重要な遺伝子を探しています。しかし、遺伝物質がメチル基で修飾されていることを示唆する報告が出たとき、チームは驚いた。
「私たちが学んだとき DNAメチル化があった…何を発見したのかまったくわからないので、これを見なければならない、と私は思った」と語った。 脊椎動物と植物では、細胞は2つの酵素の助けを借りてDNAにメチル基を付加します。 1つ目は「de novoメチルトランスフェラーゼ」と呼ばれ、修飾されていない遺伝子にメチル基を付着させます。この酵素は、らせん状のDNA鎖の各半分に同じパターンのメチル基を付けて、対称的なデザインを作り出します。細胞分裂の間、二重らせんが広がり、一致する半分から2つの新しいDNA鎖を構築します。この時点で、「メンテナンスメチルトランスフェラーゼ」と呼ばれる酵素が急上昇し、元の鎖からすべてのメチル基を新しく構築された半分にコピーします。 マダーニと彼の同僚は、既存の進化の木を見て、 C.ネオフォルマンス 時を経て、白亜紀の間に、酵母の祖先はDNAメチル化に必要な両方の酵素を持っていたことがわかりました。しかし、どこかに沿って、 C.ネオフォルマンス デノボメチルトランスフェラーゼを作るために必要な遺伝子を失った。酵素がなければ、生物は新しいメチル基をDNAに追加できなくなりました。維持酵素を使用して既存のメチル基をコピーすることしかできませんでした。 理論的には、メンテナンス酵素は、単独で作業しても、DNAを無期限にメチル基でカバーし続けることができます。 実際には、酵素はミスを犯し、細胞が分裂するたびにメチル基を見失うとチームは発見した。シャーレで育てると C.ネオフォルマンス 細胞は、偶然に偶然に新しいメチル基を獲得しました。これは、DNAにランダムな変異が発生するのと同じです。しかしながら、細胞は新しいものを得ることができるよりも約20倍速くメチル基を失いました。 約7,500世代以内に、最後のメチル基はすべて消失し、維持酵素をコピーするものは何も残さないとチームは推定した。速度を考えると C.ネオフォルマンス 増殖すると、酵母は約130年以内にすべてのメチル基を失ったはずです。代わりに、エピジェネティックな編集を何千万年も保持しました。 「損失の割合は増加の割合よりも高いため、それを維持するメカニズムがなければ、システムは時間の経過とともにメチル化をゆっくりと失うだろう」とマダーニ氏は語った。そのメカニズムは自然な選択だと彼は言った。つまり、 C.ネオフォルマンス 新しいメチル基を失うよりもはるかにゆっくりと新しいメチル基を獲得していました。メチル化は、生物の「フィットネス」を劇的に増加させました。これは、メチル化の少ない個体と競合できることを意味しました。 「フィットする」個人は、メチル基の少ない人よりも優勢であり、したがって、メチル化レベルは数百万年にわたって高いままでした。しかし、これらのメチル基が提供できる進化上の利点 C.ネオフォルマンス？まあ、それらは潜在的に致命的な損傷から酵母のゲノムを保護するかもしれないとマダーニは言った。 「ジャンプ遺伝子」としても知られるトランスポゾンは、気まぐれにゲノムを飛び回り、しばしば非常に不便な場所に自分自身を挿入します。たとえば、トランスポゾンは、細胞の生存に必要な遺伝子の中心に飛び込むことができます。その細胞は誤動作するか死ぬかもしれません。幸いなことに、メチル基はトランスポゾンをつかんで所定の位置に固定できます。それかもしれません C.ネオフォルマンス マダニ氏によると、トランスポゾンを抑制するために一定レベルのDNAメチル化を維持しているという。 「個々の部位は特に重要ではないが、トランスポゾンの全体的なメチル化密度が選択されている」と進化的タイムスケールで付け加えた。 「同じことがおそらく私たちのゲノムにも当てはまります。」 多くの謎はまだDNAメチル化を囲んでいます C.ネオフォルマンス。 Madhaniによる2008年の研究によると、DNA鎖間でメチル基をコピーすることに加えて、酵母がどのようにしてヒトに感染を引き起こすかに関しては、メチルトランスフェラーゼの維持が重要であるようです。酵素が損なわれていないと、生物は細胞にハックすることができません。 「なぜ効率的な感染にそれが必要なのかはわからない」とマダーニ氏は言う。 酵素はまた、機能するために大量の化学エネルギーを必要とし、複製されたDNA鎖の空白の半分にのみメチル基をコピーします。プレプリントサーバーbioRxivに掲載されたレポートによると、他の生物の同等の酵素は、機能するのに余分なエネルギーを必要とせず、メチル基がなく裸のDNAと相互作用することもあります。さらなる研究により、メチル化がどのように機能するかが正確に明らかになる C.ネオフォルマンス、そしてこの新たに発見された進化の形態が他の生物に現れるかどうか。
