Väčšina z nás v sebe nesie malú stopu neandertálskych predkov a v niektorých prípadoch ich pociťujeme vo svalstve. Jediná zmena svalového enzýmu môže nenápadne ovplyvniť, ako ťažko môžu svaly pracovať pod tlakom.
Niektorí ľudia majú vo svojom genóme zvyčajne asi dve percentá neandertálskej DNA. Zdroj: iStock/EvgeniyShkolenko
Niektorí ľudia majú vo svojom genóme zvyčajne asi dve percentá neandertálskej DNA, čo je výsledok dávneho kríženia medzi populáciami. Spoločná história dodnes ovplyvňuje vlastnosti vrátane tej, ako naše svaly hospodária s energiou počas celodenného úsilia.
Vo vplyvnej štúdii z roku 2017 sa hlavný autor Dominik Macak z Inštitútu Maxa Plancka pre evolučnú antropológiu (MPI EVA) spolu s kolegami zameral na enzým s názvom AMPD1. Ide o enzým, ktorý pomáha kostrovým svalom recyklovať molekuly bohaté na energiu počas námahy.
V novej štúdii ukázali, že neandertálci boli nositeľmi verzie AMPD1 s nižšou aktivitou, než má typická forma moderného človeka. Tím exprimoval obe verzie enzýmu v bunkách a meral aktivitu v kontrolovanom prostredí. Neandertálska verzia vykazovala v skúmavkách približne o štvrtinu nižšiu aktivitu, a keď túto zmenu vniesli do myší, celková aktivita AMPD1 meraná v extraktoch svalov nôh prudko klesla.
Ako sa svalový enzým dostal k moderným ľuďom
Variant sa objavuje vo všetkých sekvenovaných neandertálcoch a v ostatných primátoch sa nevyskytuje, čo poukazuje na zmenu špecifickú pre túto líniu. Niektorí moderní ľudia sú nositeľmi formy odvodenej od neandertálca, pretože došlo k archaickej introgresii, teda k presunu DNA medzi populáciami prostredníctvom kríženia.
V súčasnosti sa gén pre tento variant enzýmu vyskytuje najčastejšie v Európe a západnej Ázii s miernou frekvenciou. Vzorec zodpovedá toku génov do raných moderných ľudí, ktorí sa približne pred 50 000 rokmi stretli s neandertálcami, krížili sa a potom sa rozšírili po celej Eurázii.
Variant génu sa objavuje vo všetkých sekvenovaných neandertálcoch. Zdroj: iStock/Slim3D
Laboratórne testy poukazujú na to, že AMPD1 sa nachádza v kritickej energetickej dráhe známej ako purínový nukleotidový cyklus. Keď svaly potrebujú ATP, teda molekulu, ktorá zabezpečuje energiu pre bunkové aktivity vo všetkých živých organizmoch, pričom svaly sú namáhané, enzým AMPD1 pomáha ťahať za chemické páky, ktoré udržujú produkciu ATP v chode.
V praxi sa vplyv tohto variantu najzreteľnejšie prejavuje pri funkcii svalov. Svaly myší nesúce upravenú zmenu vykazovali vo výťažkoch veľký pokles nameranej aktivity enzýmu AMPD1. Okrem toho predchádzajúce správy o prípadoch naznačujú zníženú aktivitu enzýmu u zriedkavých ľudských nositeľov s kombinovanými defektmi enzýmu AMPD1.
Neandertálsky svalový enzým a šport
Výskum sa zaoberal aj športovými výsledkami pomocou známej ľudskej vyradenej alely AMPD1 ako náhrady za zníženú funkciu enzýmu. Táto analýza sa týkala viac ako tisíc elitných športovcov vo vytrvalostných a v silových disciplínach.
„Nositeľ jednej dysfunkčnej alely AMPD1 prináša približne o 50 percent nižšiu pravdepodobnosť dosiahnutia elitného športového výkonu,“ napísal Dominik Macak. Táto veta vystihuje, kde je enzým najdôležitejší, na hrane žiletky, kde sa fyziológia stretáva s vrcholovým výkonom.
Znížená aktivita AMPD1 je v klinickej genetike bežná, ale mnohí nositelia sa väčšinou cítia dobre. Časom sa však môžu dostaviť kŕče vyvolané cvičením, skorá únava alebo nemusia mať vôbec žiadne príznaky. Analýzy biobanky naznačujú malé zvýšenie rizika kŕčových žíl u ľudí s variantmi AMPD1, ktoré znižujú aktivitu, hoci replikácia v kohortách je nejednotná a absolútne zvýšenie rizika je skromné.
Prečo v sebe stále nosíme neandertálsky svalový enzým
Ak znížená aktivita enzýmu môže brániť elitnému výkonu, prečo sa variant enzýmu udržal? Jedným z pravdepodobných faktorov je uvoľnená purifikačná selekcia, ku ktorej dochádza, keď sa gén stáva menej kľúčovým pre každodenné prežitie v populácii.
Ďalšou možnosťou je, že kultúra a technológie znížili ustavičnú požiadavku na extrémny svalový výkon. Ak by každodenný život nevyžadoval maximálny šprintérsky výkon alebo ťažké záťaže, potom by sa tolerovala malá energetická neefektívnosť.
Zistenia však ešte neznamenajú, že človek s týmto variantom nemôže vynikať v športe alebo žiť zdravo. Väčšina nositeľov nemá žiadne zjavné zdravotné problémy a výkonnosť formuje množstvo ďalších génov a tréningových faktorov.
Napriek tomu sa úloha enzýmu objavuje počas stresu. Pri prudkom náraste energetického obratu pomáha AMPD1 tlmiť systém a o niečo menšia aktivita môže zvrátiť rovnováhu pri vysokých stávkach, ako sú súťaže na úrovni majstrovstiev.
Enzým je bielkovinový katalyzátor, ktorý urýchľuje chemické reakcie v bunkách. Purínové molekuly sú kľúčovými stavebnými prvkami DNA a RNA a tvoria aj ATP, energetickú menu, ktorou sa platí za svalové kontrakcie.
Vplyv neandertálskeho génu sa najviac prejavuje pri funkcii svalov. Zdroj: iStock/gorodenkoff
Alela je jedna verzia génu spomedzi alternatívnych a neandertálska alela v AMPD1 zamieňa jednu aminokyselinu v pozícii, ktorá pomáha podjednotkám enzýmu držať pohromade. Táto jemná zmena znižuje katalytickú účinnosť bez úplného odstránenia proteínu.
Väčší posun v energetickej chémii
Toto nie je prvý signál, že energetický metabolizmus sa u ľudí uberal inou cestou v porovnaní s inými primátmi. V skoršej práci sa zistilo, že moderní ľudia sú nositeľmi jedinečnej zmeny v inom enzýme, ADSL, ktorý vylaďuje tú istú cestu a súvisí s nižšími hladinami purínov v kľúčových tkanivách, najmä v mozgu.
Tieto súvislosti spoločne naznačujú, že časti nášho energetického mechanizmu sa v priebehu evolúcie stali menej závislými od určitých purínových reakcií. Príbeh neandertálskej AMPD1 pridáva kapitolu špecifickú pre svaly a priamo ju spája so súčasnou fyziológiou.
Pozrite si
Každodenný život prebieha ako zvyčajne pre takmer každého, kto je nositeľom variantu svalového enzýmu. Udalosť kríženia pred tisícmi rokov však stále zanecháva odtlačok na tom, kto má väčšiu šancu uspieť vo vrcholovom športe.
Práca tiež zdôrazňuje, prečo je história populácie dôležitá v medicíne a vo vede. Malé zmeny v aktivite enzýmov, ktoré sa dedia desiatky tisíc rokov, môžu stále ovplyvňovať výsledky, keď sú ľudia vystavení hraničnej záťaži.
Zdroj: Earth
