Ученые выяснили, какие генетические механизмы стоят за пятипалой конечностью всех наземных позвоночных, включая человека. Для этого им пришлось получить семипалых мышей.
Результаты исследования, проведенного канадскими учеными, опубликованы в свежем выпуске журнала Nature.
Как известно, в процессе эволюции конечности четвероногих животных (тетрапод) произошли из рыбьих плавников со множеством лучей. Поэтому у первых тетрапод поначалу было больше, чем пять пальцев - например, знаменитая ихтиостега на задних лапах несла 7 пальцев. Авторы статьи решили выяснить, какие изменения на генетическом уровне обеспечили переключение с многопалой на пятипалую конечность.
Работа проводилась на примере мышей и рыбок данио-рерио. Ученые сравнивали, как в процессе эмбрионального развития активируются у них гены Hoxa11 и Hoxa13. Точнее, ученых интересовало, почему эти гены у рыб одновременно включаются во всем зачатке плавника, а у тетрапод - в разных частях почки (зачатка) конечности: Hoxa11 работает только у основания почки, а Hoxa13 - только в ее верхней части.
Оказалось, что у тетрапод в интроне (некодирующем участке), предшествующем гену Hoxa11, появился особый энхансер, небольшой участок, стимулирующий синтез с этого гена так называемой антисмысловой (antisense) РНК. Попадая в цитоплазму клетки, она препятствует синтезу функционального белка, который закодирован в данном гене.
Работу этого энхансера запускают белки HOXA13/D13, закодированные в гене Hoxa13. Выходит, что включение гена Hoxa13 приводит к выключению гена Hoxa11. Ученые получили мышей-мутантов, у которого Hoxa11 не выключался и продолжал работать не только в нижней, но и в верхней части почки конечности. В результате такие мыши родились с семипалыми лапами.
У рыб же, выяснили ученые, энхансера антисмысловой РНК нет. Следовательно, чтобы обзавестись пятипалой конечностью, тетраподам не пришлось изобретать какие-то новые гены, которых не было у их предков. Они лишь модифицировали механизм регуляции уже существующих генов. «Это доказывает, что важные морфологические изменения происходят не путем приобретения новых генов, а просто через изменение их активности», -- пояснила Мари Кмита, соавтор работы.
