Ikke søl: Forskning finner at 'Langt fra søppel-DNA', ERV-er utfører 'kritiske ceullære funksjoner'
Evolution news; 9. sep.2019
Bilde 1. Ikke for farlig avfall (Filosofi) kreditt : VanveenJF via Unsplash.
I det siste har rapportering fra Evolution News dokumentert en rekke viktige funksjoner for endogene retrovirus (ERV) og andre flyttbare elementer og retro-transposoner. Disse har, selvfølgelig, ofte blitt kalt 'søppel-DNA', bare evolusjons-avfall eller drivgods, av kritikere av intelligent design. Bevis for denne utbredte funksjonen er ikke noe nytt. Som en artikkel fra 2017 i Nature Reviews Genetics -her bemerket, er "Transposable elementer (TEs) en produktiv kilde til tett regulerte, biokjemisk aktive, ikke-kodende elementer, for eksempel transkripsjonsfaktor-bindende steder og ikke-kodende RNAer."
Nå anerkjenner et par nye artikler i Nature Genetics hvor utbredt funksjonalitet ERV og retrotransposon har. Den ene er en forskningsartikkel og den andre er en sammendragsartikkel. Sammendragsartikkelen -her åpner med eksplisitt å benekte at retrotransposoner er søppel-DNA :
--Langt fra å være søppel-DNA, har de gjennomgripende retrotransposonene som fyller genomet en sterk evne til å påvirke gener og kromatin. En ny studie demonstrerer hvordan transkripsjonen av et slikt element, HERV-H, kan modifisere den høyere orden 3D-strukturen til kromatin under tidlig primatutvikling.
Bilde 2. ERV omdanner RNA
Sammendraget bemerker videre at "mange ERV-er har blitt valgt for kritiske celle- funksjoner." Den gjennomgår noen av disse funksjonene:
--For eksempel fungerer ERV-er ofte for å distribuere regulerende informasjon og dermed gi gener nye uttrykk og funksjoner. Tilsvarende er flere ERV-er selv blitt reformulert som nye gener, inkludert ERV-omhyllende-avledede syntaktiner som driver trofoblast-fusjon og etablerer det placentale foster-mor-grensesnittet. Nå har Zhang et al. har identifisert en tilleggsaktivitet av koopererte ERV-er - endringen av genomets 3D-struktur i seg selv - som kan ha kapasitet til vesentlig å påvirke genreguleringen.
Forskning og retorikk
Sett fra et retorisk perspektiv er Nature Genetics tydelig veldig følsom for implikasjonene av studien. Tross alt viser det at ERV-er har ekstremt viktige funksjoner, som er en bitter pille for mange ID-motstandere. Nesten hver gang sammendraget beskriver en ERV som 'funksjonell', blir ordet 'omarrangert' plassert i nærheten, bare for å minne deg på at ERV-ene virkelig startet som noe likt søppel og ble 'omarrangert' av evolusjonen for å ha en funksjon. Ord som 'omarrangert' er det som avdøde National Academy of Sciences-medlem Philip Skell kalte i The Scientist 'fortellende glose' - ord som ikke har noen forklarende verdi, men blir brakt inn etterpå for å knytte en forbindelse til evolusjonen. Som Skell skrev:
-Jeg fant ut at Darwins teori ikke hadde gitt noen merkbar veiledning, men ble brakt inn etter gjennombruddene, som en interessant fortellende glans.
Ja så men. Bevisene viser at disse ERV-ene er funksjonelle, men ikke bare det. ERV-er har avgjørende funksjoner som hjelper til med å regulere gener og til og med bestemme celletyper. Å påstå at de ble omarrangert (co-opted) er bare ikke-informativ språkpryd. For å forstå arten av deres funksjon, må man henvende seg til selve forskningen.
Bilde 3. Genregulerende nettverk i kråkebolle
Forskningsoppgaven her, "Transcriptionally active HERV-H retrotransposons demarcate topologically associating domains in human pluripotent stem cells,"-her, starter med å merke seg at den tredimensjonale strukturen til kromosomer er avgjørende for å bygge genregulerende nettverk i dyr:
-Den tredimensjonale organisasjonen av kromosomer muliggjør interaksjoner med lang rekkevidde mellom forsterkere og promotorer som er kritiske for å bygge komplekse genreguleringsnettverk i flercellede arter.
åpningskommentaren i seg selv tilbakeviser påstander fra noen evolusjonister om at den delte tredimensjonale strukturen til kromosomer på tvers av forskjellige arter - ofte kalt synteny - er meningsløs og bare gjenspeiler deres felles aner, snarere enn viktige funksjonelle krav. Men som artikkelen forklarer, den tredimensjonale organisasjonen av kromosomer er 'kritisk' for å bygge genregulerende nettverk (GRN) som styrer utviklingen og veksten av en organisme.
De beveger seg hele tiden
Oppgaven forklarer at kromosomer har "en dynamisk, men ikke tilfeldig hierarkisk struktur" der de er organisert i transkripsjonelt aktive og transkripsjonelt stille regioner. Disse regionene er videre oppdelt i 'topologisk assosierende domener (TAD)', som i utgangspunktet er kromosomregioner som har viktige 'intradomene interaksjoner'. TAD-domener er celletypespesifikke og artsspesifikke - med andre ord å spesifisere domener for kromosomaktivitet er med på å bestemme hva slags proteiner som vil bli produsert, noe som er med på å bestemme hvilken type celle en celle skal bli. Spesifiserte celletyper produserer til slutt vev, som produserer organer, som produserer fysiologiske systemer, som produserer en organisme, som definerer en art. Det hele er hierarkisk regulert, og det starter på kromosomnivå med TAD-domener.
Lyd designet for deg?
TAD-grenser på kromosomer er preget av 'bunter' av proteiner, som er kalt CCCTC-bindende faktorer (CTCF). Og det viser seg at CTCF-bindingslokasjoner på kromosomer ofte blir kontrollert av såkalte 'flyttbare elementer' - de antatte søppel-DNA-elementene som utgjør rundt 50 prosent av genomet. Men hvor viktige er flyttbare elementer for denne rollen? Oppgaven bemerker at "hvor mye flyttbare elementer spiller en rolle i å forme genomarkitekturen under evolusjonen er ennå ikke er blitt testet direkte, spesielt i primater." Igjen er ordene 'under evolusjon' mer polish som faktisk betyr 'viktig for funksjon'.
Artikkelens sentrale funn
Og nå kommer vi til det sentrale funn i artikkelen- at en type endogen retrovirus (ERV) er kritisk for å definere TAD-grenser:
--Ved å forhøre oss om den dynamiske ombyggingen av kromatinarkitektur under human kardio-myocytt differensiering, oppdaget vi en klasse av primatspesifikke endogene retrotransposoner - humane endogene retrovirus underfamlie H (HERV-H) - som er involvert i å etablere TAD-grenser i menneskelige pluripotente stamceller (hPSCs) . ... Komparativ analyse av kromatinarkitekturen i primat- og ikke-primat arter støtter en rolle for aktivt transkriberte HERV-H-elementer i avgrensning av primært hominid pluripotente stamcelle (PSC) -spesifikke TAD-er. Samlet gir resultatene våre direkte bevis for retrotransposon-elementer ved aktivt å forme kromatinarkitekturen i spesifikke celletyper under evolusjonen.
'Under evolusjonen'? Akkurat, det er mer polish, og legger ingenting til de empiriske funnene i denne studien. Igjen er disse ERV-ene avgjørende for å definere TAD-domenegrenser, som hjelper til med å forme kromosomarkitektur, som hjelper til med å bestemme celletyper, som, slik vi så, danner det avgjørende grunnlaget for et hierarkisk kontrollert nettverk, som til slutt bygger en organisme.
Bilde 4. Flyttbare elementer omdannet i 'psedo'gener
Her er forsknings artikkelens konklusjon:
-Her gir vi flere bevislinjer som viser at de primatspesifikke HERV-H retrovirale elementene kan avgrense TAD-grenser i hPSCs. Tidligere studier antydet at HERV-H-elementer integrert i det menneskelige genom under primatutviklingen for å regulere menneskespesifikk pluripotens ved å lage nye kimære transkripsjoner (ESRG, linc-ROR og LINC00458) og gi potensielle bindingssteder for å rekruttere pluripotens faktorer (NANOG, SOX2 og POU5F1). Imidlertid indikerer funnene våre at HERV-H-sekvenser kan påvirke genregulerings-programmer ved også å lage nye hPSC-spesifikke TAD-grenser som former kromatinarkitekturen…. Vårt funn indikerer den spennende muligheten at andre endogene retrovirusfamilier med gjentagelser og/eller andre familier med repeterende elementer kan ha lignende evner til å lage TADs og isolasjon.
Evolusjonær avfall er hva neo-Darwinistisk teori ville forvente, men det er ikke det vi finner. ERV-er spiller ekstremt viktige funksjonelle roller hos mennesker og mange andre dyr. Det er ikke verst for noe som mange evolusjonister har fortalt oss i flere tiår, ikke er noe mer enn søppel-DNA.
Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund