Odkodowanie naszych początków: Jak nowoczesni ludzie podbili zimno

Badania nad wariantem genu FTO rs1421085 T>C sugerują, że ewoluował on, aby pomóc ludziom przetrwać w zimnym klimacie poprzez zwiększenie termogenezy tłuszczu, co prawdopodobnie wyjaśnia jego wysoką częstość występowania w populacjach, które migrowały z Afryki do chłodniejszych regionów. Odkrycie to łączy cechy genetyczne związane z współczesną otyłością z historycznymi adaptacjami, podkreślając złożoną interakcję między genetyką a ewolucją.

Niedawne badania potwierdzają teorię „Out-of-Africa”, pokazując, w jaki sposób wariant genu FTO rs1421085 T>C pomógł ludziom przystosować się do chłodniejszego klimatu poprzez zwiększenie termogenezy w brunatnej tkance tłuszczowej (BAT), zapewniając przewagę w przetrwaniu. Częstość występowania tego wariantu w chłodniejszych regionach wskazuje na pozytywną selekcję, chociaż anomalie na subkontynencie indyjskim sugerują, że historyczne migracje również wpłynęły na częstość występowania genów. To badanie podkreśla złożoną interakcję między ewolucją, historią i genetyką, co wymaga dalszych badań nad ludzką adaptacją.

„Kim jesteśmy i skąd pochodzimy?” To fundamentalne pytanie fascynuje ludzkość od tysiącleci. Powszechnie akceptowana „teoria wyjścia z Afryki (OOA)” zakłada, że ​​współcześni ludzie, Homo sapiens, pochodzą z Afryki. Dowody wskazują, że niewielka grupa współczesnych ludzi wyemigrowała z Afryki około 70 000 lat temu, a prawie wszyscy ludzie poza Afryką są uważani za potomków tych wczesnych pionierów.

Afryka, pełniąc funkcję schronienia, chroniła współczesnych ludzi przed ekstremalnie zimnymi warunkami podczas powtarzających się epok lodowcowych. Wcześni ludzie dostosowali się do wymogów rozpraszania ciepła podczas biegania po wschodnioafrykańskich trawiastych terenach, tracąc gęste owłosienie ciała. Jednak gdy przodkowie współczesnych ludzi opuścili Afrykę, napotkali wyzwania związane z przetrwaniem, podobnie jak poprzedni pionierzy: jak utrzymać ciepło ciała w ekstremalnie zimnym klimacie. Czy w ludzkim genomie istnieją pozostałości odzwierciedlające ewolucyjne adaptacje naszych przodków, którzy przetrwali ekstremalne warunki?

Badania asocjacyjne całego genomu (GWAS) znacznie rozwinęły genetykę chorób i dostarczyły nieocenionych narzędzi do eksploracji ludzkich wydarzeń ewolucyjnych. W 2007 roku zidentyfikowano klaster polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (SNP) w intronie 1 genu FTO (masa tłuszczu i otyłość związana) jako najsilniej związany z ryzykiem otyłości. Jednak nadal nie było jasne, czy te SNP bezpośrednio przyczyniają się do rozwoju otyłości. Punkt zwrotny nastąpił w 2015 roku, kiedy Claussnitzer i in. opublikowali przełomowy artykuł w New England Journal of Medicine.

Badanie po raz pierwszy wskazało wariant T>C rs1421085 w klastrze SNP FTO, pokazując, że wariant ten hamował ekspresję UCP1 (białka rozprzęgającego 1), głównego genu termogenezy, i zmniejszał termogeniczną zdolność zróżnicowanych ludzkich komórek tłuszczu beżowego. Chociaż badanie to wydaje się wyjaśniać molekularny mechanizm wariantów FTO w otyłości, należy zauważyć, że brakuje bezpośrednich dowodów in vivo potwierdzających te ustalenia.

W 2023 r. grupa badawcza opublikowała artykuł w czasopiśmie Nature Metabolism, w którym zakwestionowano powyższe wnioski. Wyniki wykazały, że myszy posiadające homozygotyczne allele CC wykazują zwiększoną termogenezę brunatnej tkanki tłuszczowej (BAT) i odporność na otyłość wywołaną dietą wysokotłuszczową. Co ciekawe, myszy posiadające allele CC wykazywały temperaturę wyższą o ~6 °C niż te z allelami TT po wystawieniu na działanie zimnego pomieszczenia (4 °C). Wyniki te skłoniły nas do spekulacji, że wariant T>C rs1421085 może być związany z adaptacją ssaków do zimnego środowiska. Aby zbadać dalej, czy wariant T>C rs1421085 wpływa na termogenezę u ludzi, niedawno przeprowadziliśmy badanie z wykorzystaniem ludzkiej płodowej BAT uzyskanej z próbek poronionych z powodu wad rozwojowych. Wyniki wykazały, że nosiciele allelu TC mieli wyższą ekspresję UCP1 w BAT niż nosiciele allelu TT, co jest zgodne z wcześniejszymi obserwacjami zespołu u myszy. To odkrycie skłoniło nas do ponownej oceny związku między wariantem rs1421085 T>C, otyłością i procesami ewolucyjnymi człowieka. Czy ekspansję tego wariantu można przypisać pozytywnej selekcji na rzecz adaptacji człowieka do zimnego środowiska?

W ciągu ostatnich 100 000 lat współcześni ludzie migrowali z niskich szerokości geograficznych do wysokich szerokości geograficznych, przechodząc ze stref tropikalnych i umiarkowanych do chłodniejszych regionów i zmieniając społeczeństwa łowiecko-zbierackie na rolniczy i pasterski styl życia. Te zmiany środowiskowe wywarły presję ewolucyjną, która odegrała kluczową rolę w kształtowaniu różnorodności fenotypowej w różnych populacjach. Na przykład populacja Inuitów zamieszkująca mroźny region Arktyki w dużej mierze polega na rybach morskich bogatych w wielonienasycone kwasy tłuszczowe omega-3 (PUFA) w swojej diecie. Najbardziej widoczny sygnał pozytywnej selekcji obserwuje się w genie desaturazy kwasów tłuszczowych (FADS). Co ciekawe, te warianty genetyczne były początkowo powiązane z cechami wzrostu w populacjach ogólnych. Czy porównywalny mechanizm selekcji pozytywnej mógłby wyjaśnić narrację stojącą za rs1421085