Erste Protein Unterschied zwischen Menschen und Primaten, dass korreliert mit anatomischen Veränderungen in der frühen Hominiden fossilen Datensatz
(Philadelphia, PA) - In dem Bemühen, finden die übrigen Gene, die für Myosin - die wichtigsten kontraktile Protein, das macht bis Muskelgewebe - Forscher an der University of Pennsylvania School of Medicine haben eine Entdeckung, die möglicherweise eine zentrale Rolle bei der Beantwortung Schlüssel Fragen über die menschliche Entwicklung. Veröffentlicht in der 25. März-Ausgabe von Nature, Penn Forscher gefunden haben, ein kleiner Mutation untergräbt, dass eine ganze Myosin-Gen.
Ihre geschätzten aus für das Auftreten dieser Mutation Orte es auf etwa 2,5 Millionen Jahren, kurz vor auf einen Zeitraum von großen evolutionären Veränderungen in der fossilen Hominiden Rekord. Dazu gehören die Anfang der größeren Gehirn Größe, so wichtig, in die uns menschlich.
Während die Charakterisierung dieser Mutation Mai besser verstehen helfen, wie genetische Krankheiten wie Muskeldystrophie, diese Feststellung hat möglicherweise größere Auswirkungen auf die Re-Interpretation der lang gehegte Vorstellungen über das Aussehen und frühen Evolution der Gattung Homo.
Anthropologen haben lange diskutiert, wie Menschen sich aus Vorfahren mit größeren Kiefer Muskeln und kleinere Gehirne. Diese neu entdeckte Mutation scheint verantwortlich für die Entwicklung von kleineren Kiefer Muskeln beim Menschen im Vergleich zu nicht-menschlichen Primaten. Diese konvergierenden Linien der Beweise legen nahe, die Frage: Haben diese genetische Mutation Aufhebung eines evolutionären Zwang auf Gehirn Wachstum in der frühen Menschen?
In einem klassischen Fall von wissenschaftlichen sleuthing, Hansell Stedman, MD, Associate Professor für Chirurgie, Nancy Minugh-Purvis, Ph.D., Director of Advanced Brutto-Anatomie, Abteilung für Zell-und Entwicklungsbiologie, und Kollegen haben ihre Entdeckung einer Mutation, dass verhindert, dass die Expression einer Vielzahl von Myosin - benannt MYH16 auf Chromosom 7 - auf seine ultimative Kontext: Was macht den Menschen von anderen Primaten.
"Rund um das Labor, wir nennen das scherzhaft die" Raum für Gedanken "Mutation, da hatten wir, die Wissenschaftler aus mehreren Disziplinen zu machen, spüren Sie die möglichen Domino-Effekte", sagt Stedman. "Mit anderen Worten, wir hatten zu tun, eine Menge von Experimenten, um die Verbindung der Punkte von der DNA auf die RNA-Protein zu Muskelfaser auf ganze Muskulatur zu Boney Anlage Websites. Dann im Blick auf die moderne und fossile Schädel es dämmerte uns, dass wir nur haben könnte, sich "außerhalb der Box", um die wahre Bedeutung der ersten Ergebnisse. "
Die Studie begann mit der Entdeckung eines unerwarteten Ähnlichkeit zwischen einem "anonymen" Stück des menschlichen Genom-Sequenz und einige zuvor studierte Gene bekannt, an die Macht Muskel-Kontraktion. Die Überraschung kam, als eine kleine, zu inaktivieren Streichung wurde festgestellt, wird in dieser Sequenz, vielleicht erklären, warum die Computerprogramme hatte zuvor von der Raum ohne Anerkennung als es ein Gen.
Um festzustellen, ob die Mutation wurde eine seltene Form einer aktiven Gen-und nicht ein Fehler, die durch den technischen Charakter der Untersuchung, das Team getestet DNA-Proben aus geographisch unterschiedlichen Bevölkerungsgruppen.
Sie fanden heraus, die Gen-Mutation inaktiviert in allen modernen Menschen Stichprobe - Ureinwohner von Afrika, Südamerika, Westeuropa, Island, Japan und Russland. Allerdings ist die Mutation nicht anwesend war, in der DNA von sieben Arten von nicht-menschlichen Primaten, einschließlich Schimpansen.
Weitere Studien zeigten, dass Versionen dieses Gens in nicht-menschlichen Primaten mit dem Aufdruck eines kritisch wichtige Funktion für das Tier, was bedeutet, dass die Mutation betrifft alle Menschen, in einem Sinne des Wortes, mit dem gleichen Muskel geerbt "Krankheit". Die faszinierende Fragen wurde, was ist die "Krankheit" und warum ist es so gemeinsam?
Um herauszufinden, in dem Gewebe der MYH16-Gen ist in der Regel aktiviert, werden die Ermittler geprüft, eine breite Palette von Muskel-Arten in die leicht zugänglich Makak Affen und Menschen. In Makaken, sie fanden die MYH16 Protein wurde nur in einer Gruppe von verwandten Muskeln im Kopf, die Beteiligten hauptsächlich mit Kauen und Beißen. Beim Menschen, fanden sie, dass die Boten-RNA, die Übersetzung des genetischen Codes in Proteine Alltags, war noch aktiv in diesen Muskeln, aber kein Protein wurde, die von aufgrund der Mutation.
Aber wie funktioniert diese beziehen sich auf die anatomischen Unterschiede gesehen in der modernen Menschen gegenüber nicht-menschlichen Primaten? Erstens, die Kiefer-Muskeln und ihre knöchernen Attachments in Affen und Affen sind viel größer und leistungsfähiger als beim Menschen.
Auf die Gewebe-Ebene, die Forscher fanden heraus, dass Makak Kauen und Beißen Muskeln sind fast zehn mal so groß wie beim Menschen, die korreliert mit der Tatsache, dass MYH16 Protein wird in Makaken und nicht beim Menschen.
also vielleicht die "Krankheit" ist eine schwächere beißen, die Anhebung eine Frage, warum dieser mutierten Version des Gens hätte werden können, so weit verbreitet unter den modernen Menschen.
Durch den Vergleich eines Teils der MYH16 Gensequenz in den Menschen zu, dass in fünf anderen Tieren - Quantifizierung der so genannten molekularen Uhr - die Forscher berechnet, dass die Inaktivierung Mutation erschien in einem Hominiden Vorfahren rund 2,4 Millionen Jahren, nachdem die führenden Linien auf den Menschen und Schimpansen auseinander. Kurz danach, etwa 2,0 Millionen Jahren, die weniger muscled, größere brained Schädel der frühesten bekannten Mitglieder der Gattung Homo sich im Jahr der fossilen Rekord.
Von dieser den Ermittlern postuliert, dass die ersten frühen Hominiden geboren mit zwei Kopien des Gens mutiert MYH16 würde zeigen, viele Effekte aus dieser einzigen Mutation - vor allem eine Reduzierung der Größe und kontraktile Kraft der Kiefer-Schließung Muskeln, von denen einige ausüben enorme Stress in und / oder dazu führen, dass die Ablagerung von zusätzlichen Knochen oben auf Wachstum Zonen der braincase.
"Der Zufall in der Zeit der Gen-Mutation inaktiviert und das Aufkommen eines größeren braincase in einigen frühen Homo Bevölkerung kann bedeuten, dass der Rückgang der Kiefer-Muskel-Größe und Kraft beseitigt Stress auf den Schädel, die" freigegeben "ein Hindernis für die evolutionäre Gehirn Wachstum ", sagt Minugh-Purvis.
der Tat, Aspekte der evolutionären Entwicklung der schrumpfenden des Kiefers und der Zähne, die sich in den leichter, zarte Struktur gefunden beim Menschen heute, rund fiel zeitlich mit der Zunahme der Größe des Gehirns, die die Entwicklung des Homo in den letzten zwei Millionen Jahren.
Dr. Stedman ist auch ein Mitglied der Pennsylvania Muscle Institut an der Penn. Dr. Minugh-Purvis ist auch Adjunct Assistant Professor in Zellbiologie und Anatomie an der University of Pennsylvania School of Dental Medicine; Wachstum Spezialist in der Gesichts-Rekonstruktion Center, Abteilung für Plastische Chirurgie, Children's Hospital von Philadelphia, und ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Penn's University Museum für Archäologie und Anthropologie. Andere Penn Forscher gemeinsam an dieser Arbeit sind Benjamin W. Kozyak, Anthony Nelson, Danielle M. Thesier, Leonard T. So, David W. Low, Charles R. Bridges, Joseph B. Shrager, und Marilyn A. Mitchell.
Die Forschung wurde zum Teil durch Zuschüsse aus den National Institutes of Health, Muscular Dystrophy Association, Association Fran? AISE contre les Myopathien, Veterans Administration, und Genzyme Corporation. Die Autoren haben keine konkurrierenden finanzielles Interesse an dieser Arbeit.
PENN Medizin ist ein 2,2 Milliarden Dollar Unternehmen widmet sich der damit verbundenen Aufgaben der medizinischen Ausbildung, der biomedizinischen Forschung, und qualitativ hochwertige Patientenversorgung. PENN Medizin besteht aus der University of Pennsylvania School of Medicine (gegründet in 1765 als die erste Nation der Medical School) und der University of Pennsylvania Health System (erstellt in 1993, wie die Nation die erste integrierte akademischen Gesundheits-System).
Penn's School of Medicine ist auf Platz # 2 in der Nation für den Eingang der NIH Forschungsmittel; und Platz # 4 in der Nation in US News & World Report's jüngsten Ranking der Top-Forschung-orientierte medizinische Schulen. Unterstützung von 1400 Vollzeit Fakultät und 700 Studenten, die School of Medicine ist weltweit anerkannt für seine überlegene Bildung und Ausbildung der nächsten Generation von Arzt-Wissenschaftler und Führungskräfte der akademischen Medizin.
Penn Health System besteht aus vier Krankenhäusern (einschließlich seiner Flaggschiff-Krankenhaus der Universität von Pennsylvania, konsequent bewertet eins der Nation "Honor Roll" Krankenhäuser von US News & World Report), eine Fakultät der Praxis planen, eine primäre-care-Provider-Netzwerk, drei multispecialty Satelliten-Anlage, und zu Hause Gesundheits-und Hospiz.
Kontakt: Karen Kreeger
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