基因調控的變化已經被用于人類與黑猩猩間存在進化的顯著差距的研究中,盡管他們的DNA基本上是相同的。然而,芝加哥大學的科學家們已經發現,長期被作為基因調控差異晴雨表的mRNA表達水平往往不反映人類與黑猩猩之間在蛋白表達中的差異——以及生物功能。該研究結果發表于《科學》雜志。
“我們認為,我們了解如何識別mRNA表達水平差異在人類與黑猩猩之間的模式,mRNA將成為研究功能重要性很好的候選對象,”芝加哥大學人類遺傳學的教授阿夫·吉拉德博士稱。“目前我們發現,即使是這樣的mRNA模式也無法轉譯成蛋白質水平。這意味著,它們不可能會影響功能的表型差異。”
對于待表達的基因,DNA必須被轉錄為信使核糖核酸(mRNA),然后為蛋白質進行編碼,從而成為促進細胞功能的生物組成材料和工具。盡管人類和黑猩猩擁有高度相似的基因組,但之前的研究已經表明,物種在mRNA表達水平方面產生了主要的差異。許多這些差異被認為會指示出進化分歧的區域,從而指出對人類特有性狀非常重要的基因。
為了測試這一點,吉拉德以及目前在斯坦福大學工作的喬納森·普里查德博士,以及他們由博士后研究員亞·汗博士領導的團隊利用高分辨率的質譜儀將上千種蛋白質的表達水平與人類和黑猩猩細胞株內相應的mRNA表達數據進行比較。
該研究小組發現,815個基因具有不同的mRNA表達水平,但僅有571個基因在蛋白表達方面表現出不同。總體而言,他們確定,預計有266個具有mRNA差異的基因并未導致蛋白質水平的變化。當他們將研究獼猴細胞株的結果與人類和黑猩猩的結果進行比較時發現了類似的結果,從而證實了這一傾向。
“在mRNA表達調控的這些模式中,有一些在之前就被認為是自然為人類選擇重要基因的證據,但已經無法再進行這樣的假設了,”吉拉德說。
該研究提出了新的問題,如果mRNA表達水平不一定會引起蛋白質的差異,那么為什么它們在不同的物種之間會存在著差異。盡管還需要進一步地研究,但吉拉德認為,相對于mRNA水平,蛋白質表達水平通過一個仍然未知的補償或緩沖機制在更多的進化限制下進行發展。
現在,將mRNA表達水平作為一個基因功能重要性的測度的研究需要進行重新評估,并且不僅僅是那些鉆研進化的研究。
“我們已經通過研究mRNA轉錄獲得了洞察復雜疾病的能力,但是在我們的知識中仍然存在著許多漏洞。也許一些漏洞是由于這種差異造成的,”吉拉德說。