3D „upletenost” genoma možda objašnjava kako su glavonošci razvili složene mozgove

Hobotnice, lignje i sipe, zajedno poznate kao glavonošci bez ljušture, razvile su izuzetno velike i složene nervne sisteme sposobne za složena ponašanja kao što su rešavanje problema i brzo kamufliranje.

Nova studija naučnika Bečkog univerziteta sugeriše da poreklo ove složenosti možda nije samo u genima, već u načinu kako je genom organizovan u 3D formatu.

Preporučujemo

Istraživači su otkrili da je drevna, opsežna reorganizacija genoma promenila način na koji je DNK raspoređena unutar ćelije. Ove promene su dovele u kontakt ranije udaljene regione DNK, menjajući način regulacije gena. Razumevanje ovog procesa moglo bi promeniti kako razmišljamo o načinu pojave novih odlika tokom evolucije.

Proučavana je 3D struktura genoma kod hobotnica, lignji i sipa, uz kombinaciju podataka o strukturi DNK sa aktivnošću gena. „Genom nije samo sekvenca gena. Savijen je u složenu trodimenzionalnu strukturu. Razumevanje kako ta struktura evoluira postaje sve važnije za razumevanje kako nastaju novi oblici biološke složenosti“.

„Regulatorna upletenost” kao posledica reorganizacije genoma

Kod glavonožaca, opsežna reorganizacija genoma, koja se dogodila pre više stotina miliona godina, drastično je preuredila genom i dovela ranije udaljene regione hromozoma u znatnu blizinu.

Istraživači su otkrili da kad se regioni DNK dovedu u kontakt oni mogu započeti interakciju i uzajamni uticaj na aktivnost. Tokom vremena, ove interakcije mogu postati ukorenjene, formirajući sve povezanije regulatorne mreže.

„Regulatorna upletenost” balansira inovaciju i stabilnost u evoluciji genoma

Ovaj proces, koji istraživači opisuju kao „regulatornu upletenost”, može omogućiti genomima da proizvedu nove obrasce genske ekspresije uz održavanje bitnih funkcija.

Izgleda da ne reaguju svi aspekti strukture genoma jednako na njegovu reorganizaciju. Istraživači su otkrili da su velike strukturne jedinice genoma, poznate kao hromatinski domeni, ostale uveliko stabilne tokom evolucije.

Nasuprot tome, veze finijih razmera, poznate kao hromatinske petlje, bile su mnogo dinamičnije. Ove petlje dovode u kontakt udaljene regione DNK. One su uveliko varirale između vrsta, tkiva i razvojnih faza, i često su bile pronađene u blizini gena uključenih u ključne osobine glavonožaca, poput onih povezanih sa nervnim sistemom. Ovo sugeriše da bi ovi fleksibilniji regioni mogli biti naročito pogođeni promenama velikih razmera u organizaciji DNK.

3D struktura DNK aktivno oblikuje evolucione procese

Ovi nalazi dovode u pitanje ideju da je arhitektura genoma pasivna posledica evolucije. Umesto toga, sugerišu da 3D organizacija DNK aktivno oblikuje način odvijanja evolucije. Kod glavonožaca, ovo je možda imalo ključnu ulogu u nastanku njihovih neobično složenih nervnih sistema.

(Telegraf Nauka/Phys.org)