Zašto ova stvorenja imaju tako kompleksan mozak? 3D struktura DNK mogla bi to da objasni

Hobotnice, lignje i sipe, kolektivno poznati kao koleoidni glavonošci, imaju veoma razvijene, velike i složene nervne sisteme sposobne za kompleksno ponašanje poput rešavanja problema i nagle kamuflaže. Poreklo ove kompleksnosti možda ne leži u samim genima, već u načinu na koji je genom organizovan u 3D prostoru, pokazala je nova naučna studija, saopštio je Univerzitet u Beču (Universität Wien).

Istraživači su otkrili da je drevna, ekstenzivna reorganizacija genoma promenila način na koji je DNK raspoređen unutar ćelije. Ove promene su dovele prethodno udaljene regione DNK u kontakt, menjajući način na koji se geni regulišu. Razumevanje ovog procesa moglo bi promeniti način na koji razmišljamo o tome kako se nove osobine pojavljuju tokom evolucije.

Preporučujemo

Nalazi su objavljeni u žurnalu Nature Communications.

Tim je proučavao 3D strukturu genoma kod hobotnice, lignje i sipe, kombinujući podatke o strukturi DNK sa aktivnošću gena.

- Genom nije samo niz gena. On je savijen u složenu trodimenzionalnu strukturu. Razumevanje načina na koji ta struktura evoluira postaje sve važnije za razumevanje kako nastaju novi oblici biološke složenosti - rekla je dr Tea Rodžers, vodeća autorka studije i profesorka Odeljenja za neuronauke i razvojnu biologiju Univerziteta u Beču.

Kod glavonožaca, nalet reorganizacije genoma velikih razmera, koji se dogodio pre stotina miliona godina, dramatično je preuredio genom i doveo prethodno udaljene regione hromozoma u neposrednu blizinu.

Istraživači su otkrili da, kada se regioni DNK dovedu u kontakt, oni mogu početi da međusobno deluju i utiču na aktivnost jedni drugih. Vremenom, ove interakcije mogu postati utvrđene, formirajući sve povezanije regulatorne mreže.

Ovaj proces, koji istraživači opisuju kao „regulatorna isprepletenost“, može omogućiti genomima da generišu nove obrasce ekspresije gena uz održavanje osnovnih funkcija.

Ne reaguju svi aspekti strukture genoma na isti način na reorganizaciju genoma. Istraživači su otkrili da su velike strukturne jedinice genoma, poznate kao hromatinski domeni, ostale uglavnom stabilne tokom evolutivnog vremena.

Nasuprot tome, veze finije skale, poznate kao hromatinske petlje, bile su daleko dinamičnije. Ove petlje dovode udaljene regione DNK u kontakt. One su se znatno razlikovale među vrstama, tkivima i razvojnim stadijumima, a često su nalažene u blizini gena uključenih u ključne osobine glavonožaca, uključujući one povezane sa nervnim sistemom. Ovo sugeriše da na ove fleksibilnije regione mogu posebno uticati promene u organizaciji DNK velikih razmera.

Zajedno, ovi nalazi dovode u pitanje ideju da je arhitektura genoma pasivna posledica evolucije. Umesto toga, oni sugerišu da 3D organizacija DNK aktivno oblikuje način na koji se evolucija odvija. Kod glavonožaca, ovo je možda odigralo ključnu ulogu u nastanku njihovih neobično složenih nervnih sistema.

Naučnici sa Univerziteta u Beču rekonstruisali su 3D organizaciju genoma kod hobotnice, lignje i sipe kako bi istražili kako je arhitektura genoma evoluirala nakon drevnog naleta reorganizacije genoma. Studija je otkrila da je ova reorganizacija velikih razmera dovela prethodno udaljene regione DNK u kontakt, stvarajući nove mreže regulatornih interakcija koje su postale utvrđene tokom evolutivnog vremena.

(Telegraf Nauka/Universität Wien)