Почему тритоны и жабы могут отращивать конечности, а мы нет? Новые генетические исследования могут дать ответ на этот эволюционный вопрос.
Манипулируя генами головастиков африканской когтистой лягушки, группа исследователей обнаружила, что способность к регенерации конечностей, свойственная многим холоднокровным животным, зависит от наличия или отсутствия у животного одного конкретного гена. Результаты исследования опубликованы на этой неделе в журнале Cell Reports.
Команда назвала этот ген c-Answer (сокращение от cold-blooded animals specific wound epithelium receptor-like). Они считают, что теплокровные животные потеряли этот ген, когда эволюционировали от холоднокровных к теплокровным. Исчезновение гена у теплокровных животных, по-видимому, вызвало изменения во внешнем виде, связанные с размером головы, изменения в размере мозга и потерю способности к регенерации на том уровне, на который способны холоднокровные животные, говорит химик-органик Дарья Короткова из Института биоорганической химии имени Шемякина-Овчинникова и главный автор исследования.
Для проведения исследования она и ее соавторы выключили или усилили функцию гена c-Answer у двух групп головастиков и посмотрели, что при этом произошло. При усилении гена головастики имели больший рост мозга и большие глаза, чем обычные головастики, и, конечно, они могли регенерировать свои конечности, даже в период развития, называемый "рефрактерным периодом", когда они обычно не могут регенерировать. Однако, когда ген был выключен, головастики больше не могли регенерировать конечности и имели меньший мозг.
Находка c-Answer не была глупой удачей: Короткова и ее команда использовали компьютерный алгоритм, чтобы выяснить, какие гены кодируют регенерацию в геномах ряда рыб, амфибий и рептилий. Затем они поискали похожие участки ДНК у теплокровных видов, таких как утконос, тасманийский дьявол, человек, мышь и морская свинка. Наконец, они выбрали один из генов, отсутствующих у теплокровных животных, который кодирует белок, связанный с заживлением, и использовали метод редактирования генов CRISPR для усиления или удаления генов у головастиков.
У теплокровных животных - птиц и млекопитающих - вообще нет гена c-Answer. Это может объяснить, почему мы не можем просто отрастить конечность по своему желанию, как наши холоднокровные дальние родственники. Исследователи также считают, что некоторые другие гены, которые мы потеряли, когда эволюционировали в теплокровных животных, также связаны с регенерацией.
Но что именно все это означает с точки зрения истории эволюции, еще предстоит понять. "Было неожиданно, что исчезновение одного гена может вызвать такие драматические изменения в функционировании организма", - говорит Короткова. Далее, по ее словам, она и ее коллеги хотят более глубоко изучить ген и белки, которые он кодирует, а также исследовать, как он влияет на мозг.
Хотя эта работа не имеет прямого отношения к здоровью человека сегодня, метод поиска может помочь другим исследователям лучше понять эволюцию человека. "Мы разработали алгоритм и компьютерную программу для систематического поиска генов, утраченных на определенном этапе эволюции, - пишут исследователи. Открытие c-Answer показывает, что этот метод может работать. Теперь остается только использовать его для дальнейшего изучения нашей эволюционной истории".