科学者たちは、DNAに依存しない自然な選択の形を発見しました。
遺伝子が変異し、遺伝的特性が時間の経過とともに残るか失われるため、進化と自然な選択はDNAレベルで行われます。 しかし現在、科学者たちは、進化は完全に異なるスケールで起こる可能性があると信じています-遺伝子を介してではなく、表面に付着した分子を介して伝達されます。
メチル基として知ら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修飾」として知られており、「上」または「上」に現れることを意味します。 多くの生物では、DNAにはメチル基が散らばっていますが、ミツバチや回虫などの生き物は必要な遺伝子を失っています。
別の生物である酵母Cryptococcusneoformansも、約5,000万〜1億5,000万年前の白亜紀で、メチル化の重要な遺伝子を失いました。 しかし、現在の形では、真菌がまだそのゲノムにメチル基を持っていることは注目に値します。 現在、ジャーナルCellで1月16日に公開された理論的研究によると、科学者は、C。neoformansが新しい進化の方法のおかげで何千万年もの間エピジェネティックな変化を維持することができたと仮定することができました。
「進化の秘密が明らかになるとは思っていませんでした」と、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の生化学および生物物理学の教授である上級著者のHitenMadhani博士は述べています。
科学者たちは、酵母がヒトに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に、C.neoformansを研究しています。 UCSFによると、真菌は免疫系が弱い人々に感染し、HIV / AIDSによる全死亡の約20％の原因となっています。 Madhaniと彼の同僚は、C。neoformansの遺伝子コードを掘り下げ、酵母がヒトの細胞に入るのを助ける重要な遺伝子を探して日々を過ごしています。 しかし、遺伝物質がメチル基で装飾されているという報告が表面化したとき、チームは驚いた。
'私たちがそれを知ったとき[C. ネオフォルマンス] DNAメチル化…何が見つかるかさえ知らずにこれを見るべきだと思った」とマダニは言った。
脊椎動物や植物では、細胞は2つの酵素を使用してDNAにメチル基を追加します。 1つ目は、de novoメチルトランスフェラーゼと呼ばれ、未染色の遺伝子にメチル基を結合します。 この酵素は、らせん状のDNA鎖の各半分を同じメチル基パターンで染色し、対称的なデザインを作成します。 細胞分裂中に、二重らせんが展開し、対応する半分から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、すべてのメチル基を元の鎖から新しく構築された半分にコピーし始めます。
Madhaniらは、既存の進化樹を研究してC. neoformansの歴史を経時的に追跡し、酵母の祖先が白亜紀のDNAメチル化に必要な両方の酵素を持っていることを発見しました。 しかし、どこかで、C.neoformansはdenovoメチルトランスフェラーゼを作るのに必要な遺伝子を失いました。 酵素がないと、体はDNAに新しいメチル基を追加できなくなり、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、単独で作業しても、維持酵素はDNAをメチル基に無期限に保持できます-毎回完全なコピーを作成できれば。
実際、細胞が分裂するたびに、酵素は間違いを犯し、メチル基を失います、とチームは発見しました。 ペトリ皿で成長させた場合、C。neoformans細胞は、DNAでランダムな変異が発生するのと同様に、誤って新しいメチル基を受け取ることがあります。 ただし、細胞は新しいメチル基を取得するよりも約20倍速くメチル基を失いました。
チームは、約7,500世代を超えると、最後のすべてのメチル基が消失し、酵素がコピーするものが何も残らないと推定しています。 C. neoformansが増殖する速度を考えると、酵母は約130年以内にすべてのメチル基を失っていたはずです。 代わりに、彼は何千万年もの間、エピジェネティックな編集を保持しました。
多くの謎はまだC.neoformansのDNAメチル化を取り囲んでいます。 Madhaniの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、酵母がヒトに感染を引き起こす方法に関しては、維持メチルトランスフェラーゼが重要であるように思われます。 酵素全体がなければ、体は細胞に効率的に浸透することができません。
「これが効果的な感染に必要な理由はわかりません」とMadhani氏は述べています。
この酵素はまた、機能するために多くの化学エネルギーを必要とし、複製されたDNA鎖のきれいな半分にメチル基のみをコピーします。 比較すると、bioRxivプレプリントサーバーに公開されたレポートによると、他の生物の同等の酵素は、機能するために追加のエネルギーを必要とせず、メチル基のない裸のDNAと相互作用することがあります。
さらなる研究により、C。neoformansでメチル化がどのように機能するか、そしてこの新しい形態の進化が他の生物に現れるかどうかが示されます。
