Zwei kleine Mutationen führten zu enormen Sprung in der Hormon-Entwicklung

Manchmal macht die Evolution große Sprünge anstatt winzige Schritte. Ein Beispiel kam diese Woche in einer Zeitung, die im Internet veröffentlicht wurde, ans Licht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS) wo US-Forscher beschreiben, wie sie alte Proteine ??im Labor wieder auferstehen ließen, replizierten die Genveränderungen, die vor 500 Millionen Jahren stattfanden, und fanden heraus, dass zwei Schlüsselmutationen einen Sprung in der Proteinentwicklung ausgelöst haben, der Hormone wie Östrogen, Testosteron und Cortisol hervorbrachte um ihre wichtigen heutigen Rollen zu übernehmen.
Studienleiter Joe Thornton, Professor für Humangenetik und Ökologie und Evolution an der Universität von Chicago, und seine Kollegen haben die Gene der Vorfahren von Hormonen, die heute für die menschliche Fortpflanzung, Entwicklung, Immunität und Krebs wichtig sind, wiederbelebt und verfeinert.
"Veränderungen in nur zwei Buchstaben des genetischen Codes in unserer tiefen evolutionären Vergangenheit haben eine massive Verschiebung der Funktion eines Proteins bewirkt und die Evolution unserer heutigen hormonellen und reproduktiven Systeme in Gang gesetzt", erklärt Thornton in einer Erklärung.
Wenn die Evolution einen anderen Verlauf genommen hätte als diese beiden Mutationen, dann würden menschliche Körper sehr unterschiedliche biologische Mechanismen verwenden, um mit Stress, Entzündungen, Libido, Schwangerschaft und der Entwicklung männlicher und weiblicher Unterschiede in der Pubertät umzugehen, sagt Thornton.
Er und seine Kollegen glauben, dass wir, indem wir besser verstehen, wie sich Proteine ??und die Gene, die für sie kodieren, entwickelt haben, bessere Medikamente entwerfen und antizipieren können, wie Mutationen Krankheiten verursachen können.
Zum Beispiel haben er und sein Team beschlossen, eine Reihe von Proteinen zu studieren, die Steroidhormonrezeptoren genannt werden, ohne die Hormone, die Fortpflanzung und Entwicklung steuern, das Zellverhalten nicht regulieren können (die Rezeptoren sind wie Andockstationen für die Hormone, ohne eine geeignete Andockstation, das Hormon kann sich nicht an eine Zelle anheften und beeinflussen, wie es sich verhält.
Vor dieser Studie wussten Wissenschaftler nicht, wie die verschiedenen Steroidrezeptoren Östrogene von anderen Hormontypen unterscheiden.
Thornton und Kollegen arbeiteten rückwärts zu einer gemeinsamen Verbindung, die alle Hormonrezeptoren verband und fanden ein uraltes Protein, das nur Östrogen erkannte, dann verfolgten die Schritte, die es erfuhr, zu Proteinen, die Testosteron, Progesteron und das Stresshormon Cortisol erkennen.
Sie bauten ein Computermodell, um den Baum des Lebens zu unterstützen, der den genetischen Code in den heutigen Rezeptoren hervorgebracht hat. Daraus schlossen sie die genetischen Sequenzen der alten Rezeptorproteine ??ab. Sie machten dann diese alten DNA-Sequenzen im Labor und verwendeten molekulare Tests, um herauszufinden, wie empfindlich sie auf verschiedene Hormone reagieren.
Sie verengten das Fenster, in dem die Fähigkeit, nicht-Östrogen-Hormone zu erkennen, in einen Zeitraum vor etwa 500 Millionen Jahren aufging. Dies wäre vor der Entstehung von Wirbeltieren (Arten mit Backbones).
Indem sie das Fenster identifizierten, konnten sie dann die Mutationen betrachten, die während dieser Zeit aufgetreten waren, sie einzeln in die wiederbelebten Proteine ??einführen und messen, wie sie die Struktur und Funktion des Rezeptors beeinflussten.
Es war während dieser Suche, die sie gerade gefunden haben zwei Änderungen in der Sequenz des Rezeptorgens verursachten eine 70.000-fache Präferenzverschiebung: weg von Östrogenen zu anderen Steroidhormonen.
Mit anderen Techniken hat das Team das auch gefunden Nur wenige Atome hatten sich im Protein bewegt, die Veränderung veränderte das Signalmuster zwischen Rezeptor und Hormon radikal. Die Veränderung des Signalmusters hat den Verlauf der menschlichen Fortpflanzung, Entwicklung, Immunität und sogar Krebs grundlegend verändert.
Thornton sagt, dass ihre Ergebnisse zeigen, dass winzige Veränderungen im genetischen Code große evolutionäre Sprünge auslösen können, die zu neuen molekularen Funktionen führen.
Er stellt auch fest, dass eine Reihe anderer Mutationen sowie die beiden kleinen Veränderungen im genetischen Code des Rezeptors notwendig waren, um die radikale Verschiebung des Hormonsignalmusters zu bewirken.
Zuschüsse von den National Institutes of Health, der National Science Foundation und dem Howard Hughes Medical Institute trugen zur Finanzierung der Studie bei.
Diese Organisationen trugen auch zur Finanzierung einer weiteren faszinierenden Studie bei, die im Jahr 2011 veröffentlicht wurde und bei der Forscher entdeckten, dass die Signalwege von Pflanzen- und Tierrezeptoren während der Evolution konvergierten. Sie entdeckten, dass Pflanzen, obwohl sie einen Evolutionspfad nahmen, der sich von ihren Tier-Cousins ??unterschied, ähnliche Lösungen für ein gemeinsames Problem fanden: Wie man eingehende Signale zuverlässig empfängt und verarbeitet.
Geschrieben von Catharine Paddock

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