Badając genomy ponad 3000 osób w całej Japonii, naukowcy rzucili światło na złożone pochodzenie tej populacji. Prace te mogą również utorować drogę przyszłej medycynie precyzyjnej.
Naukowcy odkryli, że linia genetyczna populacji Japonii obejmuje trzy grupy przodków, rewidując wcześniejsze rozumienie zaledwie dwóch. Wykorzystując sekwencjonowanie całego genomu ponad 3200 osób z całej Japonii, w badaniu zidentyfikowano znaczące różnice genetyczne i powiązania z północno-wschodnią Azją, zwłaszcza z ludem Emishi.
Różnorodność genetyczna w Japonii
Badanie genetyczne prowadzone przez naukowców z Centrum Integracyjnych Nauk Medycznych RIKEN odkryło dowody na to, że ludzie w Japonii pochodzą z trzech grup przodków.[1]
Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Postęp naukipodważają utrwalone przekonanie, że w Japonii istniały dwie główne grupy przodków: rdzenni mieszkańcy Jomon, łowcy-zbieracze-rybacy oraz migranci uprawiający ryż ze wschodniej Azji.
Zamiast tego badacze zidentyfikowali trzecią grupę potencjalnie powiązaną z północno-wschodnią Azją – tak zwany lud Emishi, co jeszcze bardziej uwiarygodniło teorię „trójstronnego pochodzenia”, zasugerowaną po raz pierwszy w 2021 roku.[2]
Populacja Japonii nie jest tak jednorodna genetycznie, jak wszystkim się wydaje, twierdzi Chikashi Terao z RIKEN, który kierował badaniem. „Nasza analiza ujawniła w bardzo dokładnej skali strukturę subpopulacji Japonii, która jest bardzo pięknie sklasyfikowana według położenia geograficznego kraju”.
Czesanie w poszukiwaniu wskazówek
Zespół Terao doszedł do swoich wniosków po zsekwencjonowaniu DNA ponad 3200 osób w siedmiu regionach Japonii, rozciągających się wzdłuż kraju od Hokkaido na północy po Okinawę na południu. Jest to jedna z największych dotychczas analiz genetycznych populacji pozaeuropejskiej.
Naukowcy zastosowali technikę zwaną sekwencjonowaniem całego genomu, która ujawnia pełny skład genetyczny danej osoby – wszystkie trzy miliardy par zasad DNA. Dostarcza około 3000 razy więcej informacji niż dotychczas stosowana szerzej metoda mikromacierzy DNA. „Sekwencjonowanie całego genomu daje nam szansę przyjrzenia się większej liczbie danych, co pomaga nam znaleźć więcej interesujących rzeczy” – mówi Terao.
Odkrywanie powiązań przodków i rzadkich wariantów genów
Aby jeszcze bardziej zwiększyć użyteczność danych i zbadać potencjalne powiązania między genami a niektórymi chorobami, on i jego współpracownicy połączyli uzyskane informacje DNA z odpowiednimi danymi klinicznymi, w tym diagnozami chorób, wynikami testów oraz informacjami dotyczącymi historii medycznej i rodzinnej. Zebrali to wszystko w bazie danych znanej jako Japońska Encyklopedia Biblioteki Sekwencjonowania Całego Genomu/Egzomu (JEWEL).
Jednym z tematów szczególnie interesujących Terao było badanie rzadkich wariantów genów. „Doszliśmy do wniosku, że rzadkie warianty można czasami powiązać z określonymi populacjami przodków i mogą one mieć znaczenie informacyjne przy ujawnianiu wzorców migracji na drobną skalę w Japonii” – wyjaśnia.
Ich przeczucie okazało się słuszne, pomagając odkryć geograficzne rozmieszczenie japońskiego pochodzenia. Na przykład pochodzenie Jomona jest najbardziej dominujące na południowych, subtropikalnych wybrzeżach Okinawy (wykrywane w 28,5% próbek), a najniższe na zachodzie (zaledwie 13,4% próbek). Z kolei ludzie mieszkający w zachodniej Japonii mają większe pokrewieństwo genetyczne z Chińczykami Han – co według zespołu Terao jest prawdopodobnie związane z napływem imigrantów z Azji Wschodniej między rokiem 250 a 794 i znajduje również odzwierciedlenie w kompleksowym historycznym przyjęciu Ustawodawstwo, język i systemy edukacyjne w stylu chińskim w tym regionie.
Z drugiej strony pochodzenie Emishi jest najczęstsze w północno-wschodniej Japonii, a jego liczba maleje w kierunku zachodnim kraju.
Spostrzeżenia z archaicznego ludzkiego DNA
Naukowcy zbadali także JEWEL pod kątem genów odziedziczonych od neandertalczyków i denisowian, dwóch grup archaicznych ludzi, które krzyżowały się z Homo sapiens. „Interesuje nas, dlaczego starożytne genomy są integrowane i przechowywane w sekwencjach DNA współczesnego człowieka” – mówi Terao, który wyjaśnia, że takie geny są czasami powiązane z pewnymi cechami lub stanami.
Na przykład inni badacze wykazali, że mieszkańcy Tybetu mają DNA pochodzące od Denisovana w obrębie genu zwanego EPAS1co uważa się, że pomogło im w kolonizacji środowisk położonych na dużych wysokościach.[3] Niedawno naukowcy odkryli, że skupisko genów odziedziczonych przez neandertalczyka na chromosomie 3 – cecha występująca u mniej więcej połowy wszystkich mieszkańców Azji Południowej – jest powiązane z wyższym ryzykiem niewydolności oddechowej i innych poważnych objawów Covid-19.[4]
Analiza przeprowadzona przez zespół Terao rzuciła światło na 44 starożytne regiony DNA obecne obecnie u Japończyków, z których większość jest charakterystyczna dla mieszkańców Azji Wschodniej. Należą do nich wywodzący się z Denisovana, znajdujący się w obrębie NKX6-1 gen, o którym wiadomo, że jest powiązany z cukrzycą typu 2 i który według naukowców może wpływać na wrażliwość pacjenta na semaglutyd – doustny lek stosowany w leczeniu tej choroby. Zidentyfikowali także 11 segmentów pochodzących od neandertalczyka powiązanych z chorobą wieńcową, rakiem prostaty, reumatoidalnym zapaleniem stawów i czterema innymi schorzeniami.
Przyszłość medycyny spersonalizowanej
Badacze pod kierunkiem RIKEN wykorzystali także dane dotyczące rzadkich wariantów genetycznych, aby odkryć potencjalne przyczyny chorób. Odkryli na przykład, że jeden wariant genu tzw PTPRD może być „wysoce szkodliwy”, ponieważ może być powiązany z nadciśnieniem, niewydolnością nerek i zawałem mięśnia sercowego, mówi Xiaoxi Liu, starszy naukowiec w laboratorium Terao i pierwszy autor badania.
Ponadto naukowcy odnotowali znaczną częstość występowania wariantów – zwanych także wariantami utraty funkcji – w GJB2 I ABCC2 geny, które są powiązane odpowiednio z utratą słuchu i przewlekłą chorobą wątroby.
Badanie powiązań między genami, ich wariantami oraz wpływu tych cech, w tym predyspozycji do chorób, może pewnego dnia odegrać rolę w pomaganiu naukowcom w opracowywaniu medycyny spersonalizowanej, mówi Terao.
„Próbowaliśmy znaleźć i skatalogować warianty genów powodujących utratę funkcji, które są bardzo charakterystyczne dla Japończyków, a także zrozumieć, dlaczego są oni bardziej narażeni na pewne specyficzne cechy i choroby” – mówi. „Chcielibyśmy połączyć różnice populacyjne z różnicami w genetyce”.
W przyszłości ma nadzieję rozszerzyć JEWEL i uwzględnić w zbiorze danych jeszcze więcej próbek DNA. Przez długi czas zakrojone na szeroką skalę badania genomiczne skupiały się na analizie danych pochodzących od osób pochodzenia europejskiego. Terao twierdzi jednak, że „bardzo ważne jest rozszerzenie tego na populację azjatycką, aby na dłuższą metę wyniki mogły przynieść korzyści także nam”.
Referencje:
- „Dekodowanie pochodzenia triancestralnego, archaicznej introgresji i doboru naturalnego w populacji japońskiej poprzez sekwencjonowanie całego genomu” Xiaoxi Liu, Satoshi Koyama, Kohei Tomizuka, Sadaaki Takata, Yuki Ishikawa, Shuji Ito, Shunichi Kosugi, Kunihiko Suzuki, Keiko Hikino, Masaru Koido, Yoshinao Koike, Momoko Horikoshi, Takashi Gakuhari, Shiro Ikegawa, Kochi Matsuda, Yukihide Momozawa, Kaoru Ito, Yoichiro Kamatani i Chikashi Terao, 17 kwietnia 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adi8419 - „Starożytna genomika ujawnia trójstronne pochodzenie japońskich populacji” Niall P. Cooke, Valeria Mattiangeli, Lara M. Cassidy, Kenji Okazaki, Caroline A. Stokes, Shin Onbe, Satoshi Hatakeyama, Kenichi Machida, Kenji Kasai, Naoto Tomioka, Akihiko Matsumoto, Masafumi Ito, Yoshitaka Kojima, Daniel G. Bradley, Takashi Gakuhari i Shigeki Nakagome, 17 września 2021 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.abh2419 - „Adaptacja wysokościowa u Tybetańczyków spowodowana introgresją DNA podobnego do Denisovana” Emilia Huerta-Sánchez, Xin Jin, Asan, Zhuoma Bianba, Benjamin M. Peter, Nicolas Vinckenbosch, Yu Liang, Xin Yi, Mingze He, Mehmet Somel, Peixiang Ni , Bo Wang, Xiaohua Ou, Huasang, Jiangbai Luosang, Zha Xi Ping Cuo, Kui Li, Guoyi Gao, Ye Yin, Wei Wang, Xiuqing Zhang, Xun Xu, Huanming Yang, Yingrui Li, Jian Wang, Jun Wang i Rasmus Nielsen, 2 lipca 2014 r., Natura.
DOI: 10.1038/natura13408 - „Główny genetyczny czynnik ryzyka ciężkiej choroby COVID 19 jest dziedziczony od neandertalczyków” Hugo Zeberga i Svante Pääbo, 30 września 2020 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-020-2818-3
