Mengapa manusia tidak mempunyai ekor? Ilmuwan

Sebuah studi baru mengungkapkan bahwa penyisipan DNA spesifik ke dalam gen TBXT mungkin menjadi alasan mengapa manusia dan kera, tidak seperti monyet, tidak memiliki ekor. Penelitian inovatif ini memberikan wawasan tentang dasar genetik hilangnya ekor pada primata dan menunjukkan adanya trade-off evolusioner yang mungkin berhubungan dengan cacat lahir tertentu pada manusia.

Meneliti proses perubahan dapat mengungkap fungsi baru untuk elemen kode genetik.

Sebuah studi baru yang dilakukan oleh para peneliti di NYU Grossman School of Medicine menunjukkan bahwa perubahan genetik pada nenek moyang kita sebagian dapat menjelaskan mengapa manusia, tidak seperti monyet, tidak memiliki ekor.

Baru-baru ini diterbitkan di jurnal AlamPenelitian ini membandingkan DNA kera dan manusia yang tidak berekor dengan DNA kera berekor dan menemukan sisipan DNA yang dimiliki oleh kera dan manusia, namun tidak terdapat pada monyet. Ketika tim peneliti membangun serangkaian tikus untuk menyelidiki apakah ada penyisipan ke dalam gen yang disebut TBXmempengaruhi ekornya, mereka menemukan berbagai efek ekor, termasuk beberapa tikus yang lahir tanpa ekor.

“Studi kami mulai menjelaskan bagaimana evolusi menghilangkan ekor kita, sebuah pertanyaan yang menarik minat saya sejak saya masih muda,” kata penulis studi tersebut, Bo Xia, Ph.D., seorang mahasiswa di laboratorium pada saat penelitian dilakukan. rekan penulis Jef D. Boeke, Ph.D., dan Itai Yanai, Ph.D. di Fakultas Kedokteran NYU Grossman. Xia sekarang menjadi anggota junior di Harvard Society of Fellows dan peneliti utama di Broad Institute of MIT dan Harvard.

Lebih dari 100 gen telah dihubungkan oleh penelitian sebelumnya dengan perkembangan ekor pada berbagai spesies vertebrata, dan penulis penelitian berhipotesis bahwa hilangnya ekor terjadi melalui perubahan kode DNA (mutasi) pada satu atau lebih spesies tersebut. Hebatnya, menurut penulis penelitian, studi baru ini menemukan bahwa perbedaan ekor tersebut tidak berasal dari mutasi TBXT, melainkan dari penyisipan fragmen DNA yang disebut AluY ke dalam kode pengatur gen pada nenek moyang kera besar dan manusia.

Kejutan yang mendalam

Temuan baru ini berasal dari proses dimana instruksi genetik diubah menjadi protein, molekul yang membentuk struktur dan sinyal tubuh. DNA “dibaca” dan diubah menjadi materi terkait dalam RNA dan akhirnya menjadi RNA pembawa pesan matang (mRNA) yang menghasilkan protein.

Pada langkah kunci yang menghasilkan mRNA, bagian “pengatur jarak” yang disebut intron dipotong dari kodenya, tetapi sebelumnya hanya bagian DNA, yang disebut ekson, yang merupakan kode untuk instruksi akhir yang digabungkan (disambung). Selain itu, genom vertebrata telah berevolusi untuk menampilkan penyambungan alternatif, di mana satu gen dapat mengkodekan lebih dari satu protein dengan melewatkan atau menambahkan rangkaian ekson. Selain penyambungan, genom manusia menjadi semakin kompleks dengan berevolusi untuk memasukkan “segudang” saklar, bagian dari “materi gelap” yang kurang dipahami yang mengubah gen pada tingkat berbeda dalam tipe sel berbeda.

Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa setengah dari “materi gelap” non-genik dalam genom manusia, yang terletak di antara gen dan di dalam intron, terdiri dari rangkaian DNA yang sangat berulang. Selain itu, sebagian besar pengulangan ini terdiri dari retrotransposon, juga disebut “gen pelompat” atau “elemen bergerak”, yang dapat bergerak dan memasukkan berulang kali dan secara acak ke dalam kode manusia.

Hilangnya ekor pada gorila, simpanse, dan manusia diperkirakan terjadi sekitar 25 juta tahun lalu, ketika kelompok tersebut berevolusi dari monyet Dunia Lama. Kredit: Atas izin Alam (2024)

Dengan menggabungkan rincian ini, penelitian yang “menakjubkan” saat ini menemukan bahwa penyisipan transposon menarik AluYyang mempengaruhi panjang ekor, terjadi secara acak di intron di dalamnya TBX kode. Meskipun tidak mengubah bagian pengkodean, penyisipan intron, tim peneliti menunjukkan, mempengaruhi penyambungan alternatif, sesuatu yang belum pernah terlihat sebelumnya, sehingga menghasilkan panjang ekor yang berbeda. Xia menemukannya AluY penyisipan yang tetap berada di tempat yang sama di dalam bingkai TBX gen pada manusia dan kera menghasilkan dua bentuk TBX RNA. Salah satunya, menurut teori mereka, secara langsung berkontribusi terhadap hilangnya ekor tersebut.

“Temuan ini luar biasa karena sebagian besar intron manusia membawa salinan lompatan DNA berulang tanpa berpengaruh pada ekspresi gen. AluY penyisipan melakukan sesuatu yang jelas seperti menentukan panjang ekor,” kata Boeke, Sol dan Judith Bergstein, direktur Institut Sistem Genetika di NYU Langone Health.

Hilangnya ekor pada kelompok primata, yang mencakup gorila, simpanse, dan manusia, diperkirakan terjadi sekitar 25 juta tahun lalu, ketika kelompok tersebut berevolusi dari monyet Dunia Lama, kata para penulis. Setelah perpecahan evolusioner ini, kelompok kera besar yang mencakup manusia saat ini berevolusi membentuk tulang ekor yang lebih sedikit, sehingga memunculkan tulang ekor, atau tulang ekor. Meskipun alasan hilangnya ekor tersebut belum diketahui secara pasti, beberapa ahli berpendapat bahwa ekor tersebut mungkin lebih cocok hidup di tanah dibandingkan di pepohonan.

Para peneliti mengatakan, keuntungan apa pun yang didapat dari hilangnya ekor tersebut mungkin besar, karena hal itu bisa saja terjadi meski harus menanggung biayanya. Gen sering kali mempengaruhi banyak fungsi dalam tubuh, sehingga perubahan yang memberikan keuntungan di satu lokasi mungkin merugikan di tempat lain. Secara khusus, tim peneliti menemukan peningkatan kecil pada cacat tabung saraf pada tikus yang dimasukkan dalam penelitian TBX gen.

“Eksperimen di masa depan akan menguji teori bahwa, dalam pertukaran evolusioner kuno, hilangnya ekor pada manusia berkontribusi terhadap cacat lahir tabung saraf seperti yang terjadi pada spina bifida, yang terjadi pada satu dari seribu bayi baru lahir saat ini. kata Yanai, juga di Institute for Systems Genetics.

Referensi: “Tentang Dasar Genetik Evolusi Kehilangan Ekor pada Manusia dan Kera” oleh Bo Xia, Weimin Zhang, Guisheng Zhao, Xinru Zhang, Jiangshan Bai, Ran Brosh, Aleksandra Wudzinska, Emily Huang, Hannah Ashe, Gwen Ellis, Maayan Pour, Yu Zhao , Camila Coelho, Yinan Zhu, Alexander Miller, Jeremy S. Dasen, Matthew T. Maurano, Sang Y. Kim, Jef D. Boeke, dan Itai Yanai, 28 Februari 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07095-8

Selain Xia, Boeke dan Yanai, penulis studi NYU Langone lainnya adalah Weimin Zhang, Guisheng Zhao, Ran Brosh, Aleksandra Wudzinska, Emily Huang, Hannah Ashe, Gwen Ellis, Maayan Pour, Yu Zhao, Camila Coelho, Yinan Zhu, Alexander Miller , Jeremy Dasen , Matthew Maurano dan Sang Yong Kim. Pekerjaan rekayasa tikus didukung oleh Laboratorium Rekayasa Genetik Hewan Pengerat Kesehatan Langone NYU (RGEL) yang dipimpin oleh Drs. Oleh Sang Yong Kim. Studi ini didanai oleh NYU Langone Research Fund dan National Institutes of Health memberikan hibah RM1HG009491, P01AG051449, DP5OD033430, dan R35GM119703 dan NYSTEM Predoctoral Fellowship C322560GG.