Voor het eerst zijn genen geïdentificeerd die de complexiteit van dieren bepalen - of wat de mens zoveel complexer maakt dan een fruitvlieg of een zee-egel.

Het geheime mechanisme voor hoe een cel in het ene dier aanzienlijk complexer kan zijn dan een vergelijkbare cel in een ander dier, lijkt te wijten te zijn aan eiwitten en hun vermogen om 'gebeurtenissen' in de celkern te beheersen.

Het onderzoek, door biochemicus Dr. Colin Sharpe en collega's van de Universiteit van Portsmouth, is gepubliceerd in PLoS One .

Dr Sharpe zei:"De meeste mensen zijn het erover eens dat zoogdieren, en mensen in het bijzonder, zijn complexer dan een worm of een fruitvlieg, zonder echt te weten waarom. De vraag houdt mij en anderen al lang bezig.

"Een veel voorkomende maatstaf voor complexiteit is het aantal verschillende celtypen in een dier, maar er is weinig bekend over hoe complexiteit wordt bereikt op genetisch niveau. Het totale aantal genen in een genoom is geen driver, deze waarde varieert slechts in geringe mate bij meercellige dieren, dus zochten we naar andere factoren."

Dr Sharpe en MRes student, Daniela Lopes Cardoso ondervroeg grote hoeveelheden gegevens uit het genoom van negen dieren - van mensen en makaken tot nematoden en de fruitvlieg, en berekende hoe divers elk was op genetisch niveau.

Ze vonden een klein aantal eiwitten die beter in wisselwerking stonden met andere eiwitten en met chromatine, de verpakte vorm van DNA in de celkern.

"Deze eiwitten lijken uitstekende kandidaten te zijn voor wat er schuilgaat achter enorm uiteenlopende gradaties van complexiteit bij dieren, ' zei dokter Sharpe.

"We verwachtten genen te identificeren die direct interageren met DNA om andere genen te reguleren, maar dit was niet het geval. In plaats daarvan identificeerden we genen die een interactie aangingen met 'chromatine'.

"Onze resultaten suggereren dat het verhoogde vermogen van bepaalde eiwitten om met elkaar in wisselwerking te treden om de dynamische organisatie van chromatine in de kern te reguleren als een onderdeel van dierlijke complexiteit."

De resultaten zijn belangrijk, hij zei, omdat biomedische wetenschappers afhankelijk zijn van een beter begrip van ziekten bij de mens door deze bij dieren te bestuderen. Hoewel dit waarde heeft, er is een onderliggende bezorgdheid dat een diermodel te eenvoudig is om bruikbaar te zijn, die resultaten die bij een eenvoudiger dier worden gezien, correleren mogelijk niet met wat er bij een complexer dier gebeurt.

Inzicht in de inherente verschillen in hoe dieren op genetisch niveau zijn georganiseerd en de beperkingen aan interpretaties die dit oplegt, zal zorgen voor een meer rationele selectie van geschikte diermodellen in de biogeneeskunde.

Uit eerder onderzoek van Dr. Sharpe en team bleek dat drie factoren achter de eiwitten die door één gen - NCoR - worden gemaakt, meer divers zijn in complexe dieren zoals mensen in vergelijking met, bijvoorbeeld, zee-egels:

• Gen duplicatie, hoewel het totale aantal genen in het genoom niet significant varieert, sommige specifieke genen dupliceren een of meer keren, er is bijvoorbeeld één NCoR-gen in zee-egels en twee in mensen.
• Enkele genen maken vaak meer dan één eiwit. Het boodschapper-RNA (mRNA) dat gen aan eiwit koppelt, kan worden verwerkt door 'splicing' om een ​​reeks verschillende mRNA's te genereren, die elk een verwante codeert, maar ander eiwit. Bijvoorbeeld, het zee-egel-gen produceert slechts één type RNA, terwijl bij mensen het NCoR2-gen meer dan 30 produceert en elk type heeft waarschijnlijk een andere functie.
• De meeste eiwitten bestaan ​​uit domeinen die een specifieke functie hebben. Dr. Sharpe en team ontdekten dat het aantal domeinen toeneemt, weer met NCoR, van één bij zee-egels tot drie bij mensen.