Evo-devon alkeet

Nimimerkki The_Raven kehotti minua opettelemaan evo-devon alkeet, joten tässäpä hieman analyysiä.

The_Raven: "Opettele ensin evo-devon alkeet niin sitten voimme jatkaa keskustelua....Pax6 geeni on hyvä todiste tästä, se on ihmisellä, hiirellä, ahvenella ja banaanikärpäsellä täsmälleen samanlainen ja säätele samalla tavalla silmän kehitystä niin kyllä kai ihmisen ja banaanikärpäsen erot pitää selittää evoluutiolla, ei millään lajiutumisella, muuntelulla tai vastaavalla kreationistien olkiukolla."

Alkeet:

PAX6:een liittyvä ymmärrys on syventynyt merkittävästi sitten 1990-luvun, jolloin evo-devo-ajattelu (evolutionary developmental biology) nousi keskeiseksi paradigmaksi. Tuolloin PAX6-geeniä alettiin pitää "evo-devo-työkalupakin" arkkityyppinä, koska sen laaja konservoituneisuus eri eläinlajeilla (esim. hyönteisillä ja selkärankaisilla) ja rooli silmän kehityksessä herättivät suurta huomiota.

PAX6 ja alkuperäinen evo-devo -näkemys

1990-luvun evo-devo-näkemyksessä PAX6 nähtiin:

- yhtenä master control -geeninä, joka ohjaa silmän kehitystä lähes kaikilla eläinlajeilla
- osoituksena siitä, että kehityksen perusohjelma on syvästi konservoitunut eläinkunnassa.

Tätä näkemystä käytettiin tukemaan ajatusta, että pienet säätelymuutokset samoissa geeneissä voivat tuottaa valtavan fenotyyppisen monimuotoisuuden evoluution aikana.

Nykyinen ymmärrys: silmukointivarianttien merkitys

Sittemmin tutkimus on osoittanut, että PAX6:n vaihtoehtoinen silmukointi tuottaa useita isoformeja, jotka toimivat eri tavoin eri kudoksissa ja kehitysvaiheissa. Tärkeimpiä näistä ovat:

- PAX6 (klassinen isoformi): yleinen transkriptiotekijä useissa kudoksissa.
- PAX6(5a): vaihtoehtoinen isoformi, jossa eksoni 5a lisää 14 aminohappoa paired domain -alueelle → muuttaa DNA-sitoutumiskykyä ja kohdegeenien valintaa.
- PAX6ΔPD ja muut harvinaisemmat variantit, joilla on mahdollisesti dominant-negative-vaikutuksia tai kudosspesifisiä funktioita.

Näitä vaihtoehtoisia transkripteja ei tunnettu vielä 1990-luvun alussa, vaan niiden merkitys on selvinnyt vähitellen viimeisten kahden vuosikymmenen aikana funktionaalisten ja transkriptomiikkaan perustuvien analyysien kautta.

Miten tämä muuttaa evo-devo -tulkintaa?
Evo-devo yksinkertaisti liikaa:
→ PAX6 ei ole vain yksi säätelygeeni, vaan se on transkriptiovarianttien verkosto, joka tuottaa useita biologisia rooleja kudos- ja lajispesifisesti. Säätely perustuu epigeneettisiin mekanismeihin.

Fenotyyppinen diversiteetti (muuntelu) ei välttämättä edellytä uuden geenin syntyä, vaan voi syntyä myös:

- vaihtoehtoisesta silmukoinnista
- lncRNA-välitteisestä säätelystä (esim. PAX6-AS1)
- epigeneettisistä tekijöistä (esim. kromatiinirakenteen säätely PAX6-lokusalueella).

Sama geeni (PAX6) voi ajaa hyvin erilaisia kehitysohjelmia silmässä, aivokuoressa, haimassa tai nenäontelossa – ei pelkästään "silmän rakentajana".

Yhteenveto

1990-luvulla PAX6 nähtiin yksinkertaisena "master gene" -työkaluna, mutta nykyään se ymmärretään monitasoisena säätely-yksikkönä, jonka vaihtoehtoiset silmukointivariantit, säätelyelementit ja epigeneettiset vuorovaikutukset ohjaavat useita kehityksellisiä prosesseja.

Tämä monimuotoisuus ei ollut tiedossa evo-devo-ajattelun syntyaikoina, ja nykyisin puhutaan yhä enemmän transkriptiovariantti- ja epigeneettisestä kehitysbiologiasta, ei vain geenien vertailusta lajien välillä.

Hakusanat niille, jotka haluavat tarkistaa näiden tietojen paikkansapitävyyden:

pax6 transcription factor epigenetic
pax6 alternative splicing
pax6 lncRNA regulation