Un nuovo importante studio condotto dall’Università di Yale sta contribuendo a colmare una lacuna di lunga data nella ricerca genetica, fornendo uno degli esami più completi finora realizzati sulla diversità genetica umana in Oceania.
Sebbene il Pacifico meridionale ospiti popolazioni straordinariamente diverse, gli abitanti di questa regione sono stati storicamente sottorappresentati nei grandi studi genetici. Gran parte della ricerca genomica si è concentrata su popolazioni di origine europea, lasciando irrisolti importanti interrogativi sulla storia e la biologia umana.
“La drastica sottorappresentazione degli oceaniani limita la nostra comprensione dell’evoluzione umana e potrebbe esacerbare le disuguaglianze in ambito sanitario, dato che la ricerca genomica viene utilizzata per sviluppare nuove terapie mediche“, ha affermato l’autrice principale Serena Tucci, professoressa associata di antropologia presso la Facoltà di Arti e Scienze di Yale e responsabile del Laboratorio di Genomica Evolutiva Umana di Yale. “Per colmare questa lacuna, il mio team di ricerca ha intrapreso un progetto su larga scala per ampliare le conoscenze sulla variabilità genetica umana, comprese le varianti genetiche ereditate da ominidi estinti”.
Pubblicata l’11 giugno sulla rivista Science , la ricerca evidenzia come il DNA ereditato da antenati umani estinti continui a influenzare la biologia, la salute e la sopravvivenza dell’uomo moderno.
I genomi dell’Oceania rivelano l’antica storia umana
Per condurre lo studio, i ricercatori hanno sequenziato i genomi di 177 persone appartenenti a 12 popolazioni della Vicino Oceania, la regione del Pacifico sudoccidentale che comprende la Papua Nuova Guinea, l’arcipelago di Bismarck e le Isole Salomone. Hanno poi combinato questi dati con 1.284 genomi precedentemente pubblicati, provenienti da popolazioni di tutto il mondo.
Esaminando la storia genetica di alcuni dei primi abitanti del Pacifico, giunti nella regione almeno 45.000 anni fa, il team ha scoperto nuovi dettagli sull’evoluzione e l’adattamento umano. Tra le scoperte più sorprendenti, spicca la prova che gli antenati delle popolazioni del Vicino Oriente si incrociarono con almeno tre gruppi distinti imparentati con i Denisoviani, un parente estinto dell’uomo identificato per la prima volta grazie a resti fossili scoperti in Siberia.
“Studi precedenti avevano dimostrato che il DNA ereditato da ominidi estinti, come i Neanderthal e i Denisoviani, sopravvive, seppur in forma frammentata, nei genomi delle popolazioni umane odierne”, ha affermato Tucci. “Con questo studio siamo andati oltre la semplice ‘resurrezione’ di questo DNA, dimostrando come esso attivi e disattivi i geni, il che rappresenta una vera e propria svolta. Questo DNA non è solo un residuo di antiche unioni; continua a influenzare la nostra biologia ancora oggi.”
Il DNA dei Denisoviani influenza ancora la biologia umana.
Secondo i ricercatori, l’incrocio tra gli antichi esseri umani e i Denisoviani ha lasciato in eredità numerose varianti genetiche che sono ancora presenti nell’uomo odierno. Alcune di queste varianti continuano a svolgere ruoli funzionali nel corpo umano.
Per studiare i loro effetti, il team ha utilizzato un metodo genomico avanzato chiamato “saggio reporter massivamente parallelo”. Questa tecnica ha permesso ai ricercatori di testare direttamente come le varianti genetiche ereditate influenzano l’attività genica. L’analisi ha identificato più di 3.100 varianti che alterano l’espressione genica.
I risultati forniscono alcune delle prove più solide finora raccolte a sostegno dell’ipotesi che le varianti genetiche adattative dei Denisoviani rimangano biologicamente attive negli esseri umani moderni.
Molte di queste varianti erano collegate alla via di segnalazione dell’interferone-gamma, una componente chiave del sistema immunitario che contribuisce a proteggere l’organismo dalle malattie infettive.
“Il DNA di ominidi estinti, come i Denisoviani e i Neanderthal, ha contribuito a facilitare l’adattamento umano ai diversi ambienti incontrati durante le migrazioni in questa regione del mondo”, ha affermato Patrick Reilly, primo autore dello studio e ricercatore associato presso lo Yale Human Evolutionary Genomics Laboratory del Dipartimento di Antropologia. “Gli agenti patogeni rappresentano una delle pressioni selettive più forti, ovvero i fattori ambientali che influenzano la nostra capacità di sopravvivenza, nel corso dell’evoluzione umana. Abbiamo trovato prove che i geni ereditati dai Denisoviani abbiano rafforzato l’immunità degli antichi esseri umani ai virus e ai batteri incontrati nell’Oceania vicina”.
Geni antichi legati all’immunità e allo sviluppo scheletrico
Lo studio ha inoltre trovato prove che il DNA dei Denisoviani contribuisce allo sviluppo scheletrico. I ricercatori hanno identificato varianti adattative dei Denisoviani in un gene noto come TRPS1.
È interessante notare che lo stesso gene ha subito una forte selezione positiva sia nei cacciatori-raccoglitori della foresta pluviale dell’Africa centrale, sia nelle popolazioni degli altipiani dell’Ecuador. Questa scoperta illustra come l’evoluzione possa favorire ripetutamente adattamenti simili in popolazioni diverse che vivono in parti del mondo molto differenti.
“Sebbene i Denisoviani siano scomparsi dalla Terra migliaia di anni fa, questa ricerca dimostra che le nostre storie rimangono profondamente intrecciate”, ha affermato Tucci.
Tra i coautori dello studio figurano Daniela Tejada-Martinez, Samantha L. Miller, Audrey Tjahjadi, Chang Liu e Alysa Pomer dello Yale Human Evolutionary Genomics Laboratory; Stephen Rong, Jared Akers, Margaret E. Prentice e Steven K. Reilly della Yale School of Medicine; D. Andrew Merriwether della Binghamton University; Françoise R. Friedlaender e Jonathan S. Friedlaender della Temple University; e George Koki del Papua New Guinea Institute for Medical Research.
Il finanziamento per la ricerca è stato fornito dal National Institute of General Medical Sciences e dal National Human Genome Research Institute dei National Institutes of Health.
Note della redazione:
L’Uomo di Denisova riguarda le nostre origini e quelle di una specie umana “fantasma”. Vissuti per centinaia di migliaia di anni in Asia, sono noti quasi esclusivamente attraverso l’analisi del loro DNA. I resti scheletrici sono incredibilmente scarsi, eppure la loro genetica sopravvive ancora oggi in miliardi di persone.
I punti focali di questo mistero si articolano su diversi aspetti:
Identikit genetico: Scoperti nel 2008 in una grotta sui Monti Altaj in Siberia, i Denisoviani non sono stati identificati tramite uno scheletro completo, ma grazie all’estrazione del DNA da una singola falange e pochi denti. Dal punto di vista evolutivo, sono considerati i “fratelli” orientali dei Neandertal.
L’aspetto fisico sconosciuto: Per oltre un decennio gli scienziati non hanno saputo come fossero fatti. Grazie però all’analisi di proteine e DNA su fossili ritrovati in Cina (come il cranio di Harbin), gli esperti hanno iniziato a delineare il loro volto, caratterizzato da tratti robusti e una capacità cranica sviluppata.
Ibridi e sopravvivenza nel DNA moderno: I Denisoviani si sono incrociati sia con i Neandertal che con l’Homo sapiens. Oggi, tracce significative del loro DNA sono presenti nelle popolazioni indigene dell’Asia, in particolare negli aborigeni australiani, in Nuova Guinea e nelle Filippine. Addirittura, i tibetani moderni devono a un gene denisoviano la loro capacità di sopravvivere ad altitudini estreme.
Estinzione enigmatica: Non è chiaro come e perché questa specie si sia estinta decine di migliaia di anni fa. Rimane il mistero di come siano riusciti ad adattarsi ad ambienti vastissimi e diversificati (dalla fredda Siberia alle foreste tropicali del Sud-est asiatico), prima di scomparire per sempre.
Riassunto dell’editore
Tra il 2 e il 5% dei genomi eurasiatici moderni deriva da incroci con Neanderthal e Denisoviani, con i Papua Nuova Guinea che presentano la percentuale maggiore. Tuttavia, le popolazioni oceaniche rimangono sottorappresentate negli studi genetici, il che solleva interrogativi sul panorama dell’introgressione arcaica, comprese caratteristiche difficili da identificare come le varianti strutturali. Hsieh et al . hanno utilizzato il sequenziamento a lettura lunga per identificare varianti strutturali di derivazione arcaica in due individui della Papua Nuova Guinea, trovando molte inserzioni e delezioni uniche, nonché 11 centromeri potenzialmente ereditati da ominidi arcaici. Reilly et al . hanno esaminato le sequenze dell’intero genoma di 177 individui del Vicino Oceania, rivelando molte regioni potenzialmente introgressate in modo adattativo. Gli autori hanno testato alcune di queste per il loro potenziale di regolazione genica utilizzando saggi reporter massivamente paralleli. Insieme, questi studi ci forniscono una maggiore comprensione di come l’introgressione arcaica abbia plasmato queste popolazioni storicamente sottorappresentate. —Corinne SimontiAbstract strutturato
INTRODUZIONE
A causa delle loro diverse storie di insediamento, le isole del Pacifico sono state suddivise in Oceania vicina e Oceania remota. L’Oceania vicina, la regione che comprende la Nuova Guinea, l’arcipelago di Bismarck e le principali isole Salomone, fu colonizzata circa 42.000 anni fa e da allora è rimasta in gran parte isolata ai margini degli insediamenti umani. Solo circa 5.000 anni fa, con l’avvento di nuove pressioni migratorie dall’Asia, il resto delle isole del Pacifico fu abitato: l’Oceania remota, che comprende Vanuatu, Nuova Caledonia, Fiji, Polinesia e Micronesia. Le popolazioni dell’Oceania vicina presentano una notevole diversità culturale, fenotipica e genetica, inclusa la maggiore quantità di introgressione arcaica ereditata dai Neanderthal e dai Denisoviani. Tuttavia, sono state finora sostanzialmente sottorappresentate nei progetti di sequenziamento del genoma completo e nei consorzi di genomica funzionale.MOTIVAZIONE
Abbiamo sequenziato 177 genomi ad alta copertura provenienti da 12 diverse popolazioni del Vicino Oriente e li abbiamo analizzati insieme a 1284 genomi di popolazioni di tutto il mondo. Abbiamo studiato la storia demografica dei gruppi discendenti dai primi coloni del Pacifico e l’entità e la distribuzione dell’introgressione di Neanderthal e Denisova nei genomi del Vicino Oriente, comprese le varianti arcaiche adattative, e abbiamo eseguito un saggio reporter massivamente parallelo per identificare le conseguenze funzionali delle varianti arcaiche introdotte adattative.RISULTATI
Nel nostro studio, le popolazioni del Vicino Oceania si collocano lungo un gradiente di somiglianza genetica che va dai gruppi di lingua papuana della Nuova Guinea e dai Baining della Nuova Britannia fino ai gruppi polinesiani isolati delle Isole Salomone, sebbene abbiamo anche osservato segnali di isolamento a lungo termine nei gruppi di lingua papuana. Inoltre, sia i gruppi Baining che quelli polinesiani isolati hanno mostrato evidenze di importanti colli di bottiglia demografici, sottolineando la complessa struttura della popolazione e la storia demografica di questa regione. Abbiamo ricostruito sequenze arcaiche introgressate che coprono il 70,7% del genoma arcaico analizzabile (1,897 miliardi di paia di basi), incluse 505 milioni di paia di basi (Mbp) di sequenze arcaiche precedentemente non identificate e una quantità di sequenze denisoviane tre volte superiore rispetto agli studi precedenti (831,9 Mbp). Abbiamo scoperto prove di introgressione da tre gruppi simili ai Denisoviani negli antenati delle popolazioni del Vicino Oceania, rivelando una nuova prospettiva sulle nostre interazioni con gli ominidi arcaici. Abbiamo perfezionato le mappe degli “deserti” arcaici e identificato un nuovo forte segnale di introgressione adattativa dei Denisoviani a TRPS1 , un gene dello sviluppo scheletrico precedentemente trovato sotto selezione nei cacciatori-raccoglitori della foresta pluviale dell’Africa centrale e negli ecuadoriani degli altipiani. Utilizzando un saggio reporter massivamente parallelo, abbiamo scoperto 3127 varianti introgressate ad alta frequenza che modulano l’espressione genica e che prendono di mira 1422 geni, e abbiamo trovato un arricchimento di varianti introgressate ad alta frequenza con impatti sulla codifica proteica, sullo splicing e sulla regolazione delle vie immunitarie. Queste includono varianti arcaiche adattative che influenzano i geni nella via dell’interferone-γ, tra cui JAK1 , GBP2 e il locus OAS1 associato al COVID-19 , dove abbiamo caratterizzato funzionalmente un aplotipo denisoviano unico delle popolazioni oceaniche. Sebbene alcuni di questi segnali di introgressione adattativa, come TNFAIP3 e HLA-DRA , possano essere correlati alla suscettibilità alla malaria, pochi sono ampiamente condivisi nell’Oceania vicina, suggerendo molteplici casi indipendenti di adattamento locale. Molti di questi geni correlati al sistema immunitario sono anche pleiotropici, tra cui TRPS1 e TANK .CONCLUSIONE
Abbiamo caratterizzato le conseguenze evolutive, fenotipiche e funzionali delle varianti arcaiche introdotte nelle popolazioni del Vicino Oceania e abbiamo identificato varianti arcaiche potenzialmente causali che contribuiscono all’adattamento locale parallelo sia del sistema immunitario che dello sviluppo scheletrico.Abstract
Le popolazioni del Vicino Oriente ospitano una notevole diversità culturale, fenotipica e genetica, eppure sono drasticamente sottorappresentate nella genomica umana. Abbiamo generato 177 genomi completi ad alta copertura di popolazioni del Vicino Oriente e li abbiamo analizzati insieme a 1284 genomi di tutto il mondo, rivelando importanti differenze tra e all’interno delle isole, tra cui isolamento a lungo termine e forti colli di bottiglia demografici. Abbiamo ricostruito 1,897 miliardi di paia di basi del genoma arcaico, inclusi 831,9 milioni di paia di basi di sequenze di Denisova, e abbiamo trovato prove di introgressione da tre gruppi simili ai Denisoviani nelle popolazioni del Vicino Oriente e di introgressione adattativa di Denisova nel gene TRPS1 , un gene dello sviluppo scheletrico soggetto a selezione anche nei cacciatori-raccoglitori della foresta pluviale dell’Africa centrale e negli ecuadoriani degli altipiani. Abbiamo quindi eseguito un saggio reporter massivamente parallelo e scoperto 3127 varianti di modulazione dell’espressione introdotte ad alta frequenza, trovando un arricchimento di impatti funzionali sui geni nel percorso di segnalazione dell’interferone-γ tra cui JAK1 , GBP2 e OAS1 .
Materiale fornito dall’Università di Yale . Articolo originale di Mike Cummings. Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Patrick F. Reilly, Stephen Rong, Daniela Tejada-Martinez, Samantha L. Miller, Audrey Tjahjadi, Chang Liu, Jared Akers, Alysa Pomer, Margaret E. Prentice, D. Andrew Merriwether, Françoise R. Friedlaender, George Koki, Jonathan S. Friedlaender, Steven K. Reilly, Serena Tucci. Long-term isolation and archaic introgression shape functional genetic variation in Near Oceania. Science, 2026; 392 (6803) DOI: 10.1126/science.adr6749
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