Con solo l’1% di differenza, i genomi che codificano le proteine ​​umane e degli scimpanzé sono notevolmente simili. Comprendere le caratteristiche biologiche che ci rendono umani fa parte di una linea di ricerca affascinante e intensamente dibattuta. I ricercatori del SIB Swiss Institute of Bioinformatics e dell’Università di Losanna hanno sviluppato un nuovo approccio per individuare, per la prima volta, i cambiamenti adattivi specifici dell’uomo nel modo in cui i geni sono regolati nel cervello. Questi risultati aprono nuove prospettive nello studio dell’evoluzione umana, della biologia dello sviluppo e delle neuroscienze. Il documento è pubblicato su Science Advances. Per spiegare cosa distingue gli umani dai loro parenti scimmia, i ricercatori hanno a lungo ipotizzato che non sia tanto la sequenza del DNA, ma piuttosto la regolazione dei geni (cioè quando, dove e con quale forza il gene viene espresso), che gioca il ruolo chiave. Tuttavia, individuare con precisione gli elementi regolatori che agiscono come “dimmer genici” e sono selezionati positivamente è un compito impegnativo che ha finora sconfitto i ricercatori. Per essere in grado di rispondere a domande così allettanti, è necessario essere in grado di identificare le parti del genoma che sono state sotto la cosiddetta selezione ‘positiva’. La risposta è di grande interesse per affrontare le questioni evolutive, ma anche, in ultima analisi, potrebbe aiutare la ricerca biomedica in quanto offre una visione meccanicistica di come funzionano i geni. Una percentuale elevata degli elementi regolatori nel cervello umano è stata selezionata positivamente. I ricercatori del SIB e dell’Università di Losanna hanno sviluppato un nuovo metodo che ha permesso loro di identificare un ampio insieme di regioni di regolazione genica nel cervello, selezionate durante l’evoluzione umana. I ricercatori dimostrano per la prima volta che il cervello umano ha sperimentato un livello particolarmente alto di selezione positiva, rispetto allo stomaco o al cuore, ad esempio. Questo è eccitante, perché ora esiste un modo per identificare le regioni genomiche che potrebbero aver contribuito all’evoluzione delle nostre capacità cognitive! Per giungere alle loro conclusioni, i ricercatori hanno combinato modelli di apprendimento automatico con dati sperimentali su quanto fortemente le proteine ​​coinvolte nella regolazione genica si legano alle loro sequenze regolatorie in diversi tessuti, e quindi hanno eseguito confronti evolutivi tra umani, scimpanzé e gorilla. Ora sappiamo quali sono le regioni selezionate positivamente che controllano l’espressione genica nel cervello umano. E più si apprende sui geni che stanno controllando, più è completa la nostra comprensione della cognizione e dell’evoluzione e più spazio ci sarà per agire in base a tale comprensione. La maggior parte delle mutazioni genetiche casuali non avvantaggiano né danneggiano un organismo: si accumulano a una velocità costante che riflette la quantità di tempo trascorso da quando due specie viventi hanno avuto un antenato comune. Al contrario, un’accelerazione di quel tasso in una particolare parte del genoma può riflettere una selezione positiva per una mutazione che aiuta un organismo a sopravvivere e riprodursi, il che rende più probabile la trasmissione della mutazione alle generazioni future. Gli elementi di regolazione genica sono spesso lunghi solo pochi nucleotidi, il che rende la stima della loro velocità di accelerazione particolarmente difficile da un punto di vista statistico.

Daniele Corbo

Bibliografia: “Robust inference of positive selection on regulatory sequences in the human brain” by Jialin Liu and Marc Robinson-Rechavi. Science Advances

Immagine: dominio pubblico