Evolusi, tampaknya, kadang-kadang melompat bukannya merangkak. Sebuah
tim peneliti yang dipimpin oleh University of Chicago ilmuwan telah menemukan
dua mutasi kunci yang memicu revolusi hormonal 500 juta tahun lalu.
Dalam suatu prestasi "perjalanan waktu molekul," para
peneliti dibangkitkan dan menganalisis fungsi dari nenek moyang gen yang
memainkan peran kunci dalam reproduksi manusia modern, pengembangan, kekebalan
dan kanker. Dengan menciptakan kembali perubahan DNA yang sama yang terjadi
selama sejarah kuno gen-gen ', tim menunjukkan bahwa dua mutasi mengatur
panggung untuk hormon seperti estrogen, testosteron dan kortisol untuk
mengambil penting peran mereka saat ini.
"Perubahan hanya dua huruf dari kode genetik di masa lalu dalam
evolusi kita menyebabkan perubahan besar dalam fungsi satu protein dan
menggerakkan evolusi sistem hormonal dan reproduksi kita saat ini," kata
Joe Thornton, PhD, profesor genetika manusia dan ekologi & evolusi di
University of Chicago, yang memimpin penelitian.
"Jika kedua mutasi tidak terjadi, tubuh kita hari ini harus
menggunakan mekanisme yang berbeda untuk mengatur kehamilan, libido, respon
terhadap stres, fungsi ginjal, peradangan, dan pengembangan karakteristik pria
dan wanita pada masa pubertas," kata Thornton.
Penemuan ini dipublikasikan secara online 24 Juni dalam Prosiding
National Academy of Sciences.
Memahami bagaimana kode genetik protein menentukan fungsinya akan
memungkinkan ahli biokimia terhadap obat desain yang lebih baik dan memprediksi
pengaruh mutasi terhadap penyakit. Thornton mengatakan penemuan ini menunjukkan
bagaimana analisis evolusi sejarah protein 'dapat memajukan tujuan ini, Sebelum
kerja kelompok, itu sebelumnya tidak diketahui bagaimana berbagai reseptor
steroid pada spesies modern yang membedakan estrogen dari hormon lainnya.
Tim, yang termasuk peneliti dari University of Oregon, Emory
University dan Scripps Research Institute, mempelajari evolusi dari keluarga
protein yang disebut reseptor hormon steroid, yang memediasi efek hormon pada
reproduksi, perkembangan dan fisiologi. Tanpa protein reseptor, hormon ini
tidak dapat mempengaruhi sel-sel tubuh.
Kelompok Thornton ditelusuri bagaimana nenek moyang seluruh keluarga
reseptor - yang diakui hanya estrogen - berevolusi menjadi protein keturunan
mampu mengenali hormon steroid lainnya, seperti testosteron, progesteron dan
hormon stres kortisol.
Untuk melakukannya, kelompok yang digunakan gen
"kebangkitan" strategi. Mereka pertama kali disimpulkan urutan
genetik protein reseptor kuno, menggunakan metode komputasi untuk bekerja
dengan cara mereka kembali pohon kehidupan dari database ratusan urutan
reseptor masa kini. Mereka kemudian biokimia disintesis urutan ini DNA kuno dan
digunakan tes molekuler untuk menentukan sensitivitas reseptor 'untuk berbagai
hormon.
Tim Thornton mempersempit rentang waktu selama kapasitas untuk
mengenali steroid non-estrogen berkembang, dengan jangka waktu sekitar 500 juta
tahun lalu, sebelum fajar hewan vertebrata di Bumi. Mereka kemudian
mengidentifikasi mutasi yang paling penting yang terjadi selama selang waktu
tersebut dengan memperkenalkan mereka ke dalam protein leluhur direkonstruksi.
Dengan mengukur bagaimana mutasi mempengaruhi struktur dan fungsi reseptor, tim
bisa kembali membuat evolusi molekuler kuno di laboratorium.
Mereka menemukan bahwa hanya dua perubahan dalam urutan gen reseptor
kuno menyebabkan pergeseran 70.000 kali lipat dalam preferensi jauh dari
estrogen terhadap hormon steroid lainnya. Para peneliti juga menggunakan teknik
biofisik untuk mengidentifikasi mekanisme atom-tingkat yang tepat di mana
mutasi mempengaruhi fungsi protein. Meskipun hanya beberapa atom dalam protein
yang berubah, ini radikal rewired jaringan interaksi antara reseptor dan
hormon, yang menyebabkan perubahan besar dalam fungsi.
"Temuan kami menunjukkan bahwa fungsi molekul baru dapat
berkembang dengan lompatan besar tiba-tiba karena perubahan kecil beberapa
dalam kode genetik," kata Thornton. Dia menunjukkan bahwa, bersama dengan
dua perubahan penting dalam reseptor, mutasi tambahan, efek yang tepat dari
yang belum diketahui, yang diperlukan untuk efek penuh hormon sinyal pada tubuh
untuk berkembang.