Neanderthaler DNA-sequenties komen mogelijk vaker voor bij moderne Afrikanen dan eerder werd gedacht, en verschillende niet-Afrikaanse populaties hebben niveaus van Neanderthaler-afkomst die verrassend veel op elkaar lijken, vindt een studie die op 30 januari in het tijdschrift wordt gepubliceerd Cel . Onderzoekers kwamen tot deze bevindingen door een nieuwe statistische methode te ontwikkelen, genaamd IBDmix, om Neanderthaler-sequenties in het genoom van de moderne mens te identificeren. De resultaten suggereren ook dat Afrikaanse genomen Neanderthaler-sequenties bevatten, deels als gevolg van terugmigratie van voorouders van hedendaagse Europeanen.

"Onze studie is belangrijk omdat het belangrijke nieuwe inzichten biedt in de menselijke geschiedenis en patronen van Neanderthaler-afkomst in wereldwijd diverse populaties, " zegt senior studie auteur Joshua Akey van Princeton University. "Onze resultaten verfijnen catalogi van genomische regio's waar de sequentie van Neanderthalers schadelijk en voordelig was en tonen aan dat overblijfselen van Neanderthaler genomen overleven in elke moderne menselijke populatie die tot nu toe is bestudeerd."

Eerdere studies hebben gesuggereerd dat Oost-Aziaten ongeveer 20% meer Neanderthaler-voorouders hebben in vergelijking met Europeanen. Maar de nieuwe bevindingen suggereren dat deze schattingen mogelijk vertekend zijn vanwege methodologische beperkingen. Eerder ontwikkelde benaderingen, zoals S*, gebruik een modern referentiepanel - meestal een Afrikaanse populatie waarvan wordt aangenomen dat ze geen Neanderthaler-afkomst heeft. Maar als het referentiepaneel onverwacht Neanderthaler-sequenties bevat, dan zal de methode de voorouders van de Neanderthalers bij de moderne mens onderschatten.

Om dit probleem aan te pakken, Akey en zijn collega's ontwikkelden IBDmix als een nieuwe categorie methoden voor het opsporen van archaïsche voorouders. In plaats van een modern referentiepaneel te gebruiken, de benadering berekent de kans dat het genotype van een individu identiek wordt gedeeld door afkomst (IBD) met een archaïsch referentiegenoom. Vergeleken met S*, IBDmix is ​​een minder bevooroordeelde benadering omdat het een hoger statistisch vermogen heeft voor het detecteren van gedeelde archaïsche sequenties en minder valse positieven oplevert.

De onderzoekers pasten IBDmix toe op 2, 504 moderne individuen van het 1000 Genomes Project, die geografisch diverse populaties vertegenwoordigt, en gebruikte de Altai Neanderthaler-referentie om de Neanderthaler-sequentie bij deze individuen te identificeren. Ze identificeerden voor het eerst op robuuste wijze regio's van Neanderthaler-afkomst in Afrikanen, het identificeren van gemiddeld 17 megabasen (Mb) Neanderthaler-sequentie per individu in de geanalyseerde Afrikaanse monsters (wat overeenkomt met ongeveer 0,3% van het genoom), vergeleken met minder dan één megabase gerapporteerd in eerdere studies. Meer dan 94% van de Neanderthaler-sequentie die in Afrikaanse monsters werd geïdentificeerd, werd gedeeld met niet-Afrikanen.

De onderzoekers observeerden ook niveaus van Neanderthaler-afkomst bij Europeanen (51 Mb/individueel), Oost-Aziaten (55 Mb/individueel), en Zuid-Aziaten (55 Mb/individueel) die verrassend veel op elkaar leken. Opvallend, Oost-Aziaten hadden slechts 8% meer Neanderthaler-afkomst dan Europeanen, in tegenstelling tot eerdere berichten van 20%. "Dit suggereert dat de meeste Neanderthaler-voorouders die individuen vandaag de dag hebben, terug te voeren zijn op een gemeenschappelijke hybridisatiegebeurtenis waarbij de voorouders van de bevolking betrokken waren bij alle niet-Afrikanen, die zich voordeed kort na de verspreiding buiten Afrika, ' zegt Akey.

Om mogelijke verklaringen voor de onverwacht hoge Neanderthaler-afkomst bij Afrikanen te onderzoeken, de onderzoekers vergeleken vervolgens de werkelijke gegevens met gesimuleerde genotypegegevens die zijn afgeleid van verschillende demografische modellen. Deze analyse hield rekening met verschillende sequentiekenmerken, zoals de lengte van de gedeelde archaïsche segmenten, de frequentie van deze segmenten bij Afrikanen, en de hoeveelheid sequentie die uitsluitend wordt gedeeld tussen Afrikaanse en niet-Afrikaanse populaties.

Ze ontdekten dat Afrikanen exclusief 7,2% van de Neanderthaler-sequentie delen met Europeanen, vergeleken met slechts 2% bij Oost-Aziaten. Simulaties toonden aan dat lage niveaus van terugmigratie in de afgelopen 20, 000 jaar kan kenmerken van de gegevens repliceren en zou daarom een ​​mogelijke verklaring kunnen zijn voor de waargenomen niveaus van voorouders onder verschillende moderne populaties. De resultaten suggereren dat eerder ontwikkelde methoden met behulp van een Afrikaanse referentiepopulatie de neiging hebben om de voorouders van de Neanderthalers in grotere mate te onderschatten in vergelijking met Oost-Aziaten. "Gezamenlijk, deze resultaten tonen aan dat schattingen van Neanderthalers voorouders in Oost-Aziaten en Europeanen bevooroordeeld waren vanwege niet-verantwoorde terugmigraties van Europese voorouders naar Afrika, ' zegt Akey.

Maar de genenstroom ging in beide richtingen. De gegevens suggereren ook dat er ongeveer 200 mensen uit Afrika zijn verspreid, 000 jaar geleden, en deze groep hybridiseerde met Neanderthalers, het introduceren van modern menselijk DNA in het genoom van Neanderthalers. Volgens de auteurs is er moet rekening worden gehouden met zowel verspreiding buiten Afrika als binnen Afrika bij het interpreteren van globale patronen van genomische variatie.

"Ik ben getroffen door het feit dat we de menselijke geschiedenis vaak in zeer eenvoudige bewoordingen conceptualiseren, " zegt Akey. "Bijvoorbeeld we stellen ons vaak voor dat er een enkele verspreiding uit Afrika plaatsvond 60, 000 tot 80, 000 jaar geleden leidde dat tot de bevolking van de wereld. Echter, onze resultaten laten zien dat deze geschiedenis veel interessanter was en dat er veel verspreidingsgolven waren vanuit Afrika, waarvan sommige leidden tot vermenging tussen moderne mensen en Neanderthalers die we tegenwoordig in het genoom van alle levende individuen zien."

Met behulp van IBDmix, de onderzoekers identificeerden ook 51 hoogfrequente Neanderthaler haplotypes - sets van DNA-variaties die de neiging hebben om samen te worden geërfd - bij moderne mensen, waaronder een aantal die onopgemerkt waren met eerder ontwikkelde methoden. Voor de eerste keer, ze ontdekten hoogfrequente Neanderthaler haplotypes bij Afrikanen, en regio's die deze haplotypes bevatten, zijn verrijkt met genen die betrokken zijn bij de immuunfunctie en gevoeligheid voor ultraviolette straling. Deze haplotypes weerspiegelen mogelijk gevallen van gunstige Neanderthaler-sequenties die bij moderne mensen snel naar een hoge frequentie worden gedreven via een proces dat bekend staat als adaptieve introgressie. "Deze nieuwe bevindingen geven inzicht in de evolutionaire geschiedenis van deze populaties, de selectieve druk waarmee ze werden geconfronteerd, en huidige variatie in gezondheid en ziekte, ' zegt Akey.

De auteurs wijzen op een aantal beperkingen van hun aanpak. Omdat IBDmix een archaïsch referentiegenoom vereist, het is niet geschikt voor het ontdekken van sequenties die worden gedeeld tussen moderne mensen en onbekende of niet-gesequentieerde mensachtige geslachten. In aanvulling, de aanpak vereist gesequenced genomen van ten minste tien individuen voor robuuste gevolgtrekkingen. In toekomstige studies, Akey en zijn team zijn van plan hun aanpak toe te passen op extra Afrikaanse populaties, functioneel Neanderthaler sequenties karakteriseren die voordelig kunnen zijn, en bestudeer de implicaties van deze archaïsche sequenties in de moderne menselijke gezondheid en ziekte.