Sekitar 25 juta tahun yang lalu, nenek moyang manusia dan kera besar menyimpang secara genetik dari kera dan kehilangan ekornya. Belum ada yang mengidentifikasi mutasi genetik yang bertanggung jawab atas perubahan dramatis dalam fisiologi kita.
Dalam studi baru yang diterbitkan Rabu (28 Februari) di jurnal Nature, para ilmuwan telah mengidentifikasi mutasi DNA unik yang menyebabkan nenek moyang kita kehilangan ekornya. Hal ini terletak pada gen TBXT, yang diketahui terlibat dalam panjang ekor pada hewan berekor.
Penemuan mengesankan ini dimulai ketika penulis studi pertama, Bo Xia, mantan mahasiswa pascasarjana di Universitas New York yang kini menjadi peneliti utama di Broad Institute, melukai tulang ekornya dan menjadi tertarik pada asal usul struktur tersebut.
“Bo benar-benar jenius karena dia melihat sesuatu yang setidaknya sudah pernah dilihat oleh ribuan orang sebelumnya – namun dia melihat sesuatu yang lain,” kata Itai Yanai, direktur ilmiah dari Applied Bioinformatics Laboratories di NYU Langone Health dan seorang senior . penulis penelitian.
Terkait: Bagaimana jika manusia punya ekor?
Melompat gen dan “materi gelap”
Selama jutaan tahun, perubahan DNA memungkinkan hewan berevolusi. Beberapa perubahan hanya melibatkan satu anak tangga DNA yang terpelintir, namun perubahan lainnya lebih kompleks.
Yang disebut elemen Alu adalah rangkaian DNA berulang yang dapat menghasilkan potongan RNA, molekul sepupu DNA, yang dapat diubah kembali menjadi DNA dan kemudian secara acak memasukkan dirinya ke dalam genom. “Elemen transposabel” ini, atau gen lompat, dapat mengganggu atau meningkatkan fungsi gen ketika disisipkan. Jenis gen lompat khusus ini hanya ada pada primata dan telah mengendalikan keragaman genetik selama jutaan tahun.
Dalam studi terbaru ini, para peneliti menemukan dua unsur Alu pada gen TBXT yang terdapat pada kera besar tetapi tidak pada monyet. Unsur-unsur ini tidak berada di bagian gen yang mengkode protein – ekson – melainkan di intron. Intron adalah rangkaian DNA yang mengapit ekson yang disebut sebagai “materi gelap” genom karena secara historis dianggap tidak memiliki fungsi. Mereka dihilangkan atau “dipotong” dari urutannya sebelum molekul RNA diubah menjadi protein.
Namun, dalam kasus ini, ketika sel menggunakan gen TBXT untuk menghasilkan RNA, sifat berulang dari rangkaian Alu menyebabkan sel-sel tersebut berikatan. Struktur kompleks ini masih dikeluarkan dari molekul RNA yang lebih besar, tetapi membawa seluruh ekson bersamanya, mengubah kode akhir dan struktur protein yang dihasilkan.
Terkait: 10 hal yang kita pelajari tentang nenek moyang manusia di tahun 2023
Para peneliti menemukan dua elemen Alu dalam gen TBXT yang terdapat pada kera besar tetapi tidak pada monyet. (Kredit gambar: Michele D’Amico supersky77 melalui Getty Images)
“Kami telah melakukan banyak analisis lain terhadap gen lain yang terlibat dalam panjang ekor atau morfologi. Dan tentu saja ada perbedaan, tapi analisis ini seperti kilat,” kata Jef Boeke, direktur Institute for Systems Genetics di NYU Langone. Kesehatan dan penulis utama studi ini. “Dan itu adalah DNA yang tidak mengkode [introns] yang 100% dilestarikan pada semua kera dan 100% tidak ada pada semua monyet,” katanya kepada Live Science.
Pada sel manusia, para peneliti mengkonfirmasi bahwa rangkaian Alu yang sama muncul pada gen TBXT dan menyebabkan penghapusan ekson yang sama. Mereka juga menemukan bahwa molekul RNA terkait dapat disambung dengan cara berbeda untuk membuat banyak protein dari gen yang sama. Sebagai perbandingan, tikus hanya membuat satu versi protein, sehingga kedua versi tersebut tampaknya mencegah pembentukan ekor, tim menyimpulkan.
Cara pembuatan protein berbeda dari gen yang sama disebut “penyambungan alternatif” dan merupakan salah satu alasan mengapa fisiologi manusia begitu kompleks. Namun ini adalah pertama kalinya unsur Al terbukti menyebabkan penyambungan alternatif.
“Mutasi seperti ini sering dianggap memiliki konsekuensi terbatas dalam evolusi. Di sini, penulis menunjukkan bahwa mutasi semacam itu berdampak besar pada spesies kita,” kata Kirk Lohmueller, profesor ekologi dan biologi evolusi serta genetika manusia di Universitas tersebut. dari California, Los Angeles, yang tidak berpartisipasi dalam penelitian ini.
“Sangat menarik untuk memikirkan berapa banyak mutasi yang lebih kompleks seperti ini yang dapat menciptakan sifat-sifat penting selama evolusi manusia,” kata Lohmueller kepada Live Science melalui email.
Bipedalisme dan cacat lahir
Para peneliti bereksperimen dengan memasukkan gen pelompat yang sama ke tikus dan menemukan bahwa tikus tersebut kehilangan ekornya.
Secara khusus, para ahli biologi evolusi berhipotesis bahwa hilangnya ekor memungkinkan manusia menjadi bipedal, menurut sebuah ulasan pada tahun 2015. “Kami adalah satu-satunya makalah yang pernah menyusun skenario yang masuk akal tentang bagaimana hal ini terjadi,” kata Yanai kepada Live Science.
“Sekarang kita berjalan dengan dua kaki. Dan kita telah mengembangkan otak yang besar dan kita mengendalikan teknologi,” ujarnya. “Semuanya hanya dari elemen egois yang melompat ke dalam intron sebuah gen. Ini menakjubkan bagi saya.”
Menariknya, para peneliti menemukan bahwa tikus yang kehilangan ekornya menunjukkan insiden spina bifida yang lebih tinggi, yaitu cacat lahir yang mempengaruhi tabung saraf, struktur embrio yang membentuk sumsum tulang belakang dan otak. Kondisi ini mempengaruhi sekitar 1 dari 1.000 kelahiran, menurut Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit.
“Ini mungkin merupakan konsekuensi yang tidak disengaja bahwa kurangnya TBXT memberi Anda dampak buruk… tetapi hal ini membuat Anda lebih mungkin tidak mendapatkan penutupan saraf yang lengkap,” yang berarti ada lubang yang tersisa di tabung saraf, Boeke dikatakan.
“Tidak ada yang pernah berpikir bahwa hanya dengan mengikuti keingintahuan kita, kita akan menyebabkan seekor tikus kehilangan ekornya dengan memasukkan mutasi yang sama… dan kemudian kita melihat bahwa tikus tersebut juga memiliki cacat tabung saraf,” tambah Yanai.
Penemuan penyambungan alternatif jenis ini kemungkinan besar akan mempengaruhi seluruh bidang analisis genom di masa depan.
“Saya pikir akan ada lebih banyak lagi,” kata Boeke tentang elemen Alu yang berpengaruh ini. Oleh karena itu, tambahnya, mungkin ada protein yang disambung secara alternatif di luar sana yang sebenarnya merupakan akar penyebab beberapa perubahan evolusioner pada sifat-sifat kita.
Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa? beberapa orang membentuk otot lebih mudah daripada yang lain atau mengapa bintik-bintik muncul di bawah sinar matahari? Kirimkan pertanyaan Anda kepada kami tentang cara kerja tubuh manusia komunitas@livescience.com dengan subjek “Health Desk Q” dan Anda dapat melihat jawaban pertanyaan Anda di web!
+ There are no comments
Add yours