Генетики узнали, как вернуть змеям ноги
Ученые выяснили, что за исчезновением конечностей у змей стоит изменение одного-единственного участка ДНК. Ученые смогли обратить это изменение вспять и заставили змеиный ген участвовать в образовании конечностей мыши.
Результаты исследования, проведенного американскими специалистами из Национальной лаборатории имени Лоуренса, опубликованы в журнале Current Biology.
Как известно, ни одна современная змея не может похвастаться наличием ног. Но еще 120 миллионов лет назад эти рептилии обладали пусть и маленькими, но всё же полноценными конечностями. Авторы статьи решили выяснить, какие же мутации повлекли за собой полное исчезновение змеиных ног.
Оказалось, что всё дело в гене, кодирующем белок «Sonic hedgehog» (он назван в честь ежа Соника из известного мультфильма). Этот ген встречается у большинства позвоночных, включая рыб, и отвечает за эмбриональное развитие конечностей. Точнее, речь идет об энхансере ZRS данного гена: энхансером называется участок ДНК, помогающий специальным белкам связаться с промотером, откуда начинается «считывание» гена, то есть синтез с нее информационной РНК. В данном случаем энхансер ZRS очень удален от промотера (примерно на один миллион нуклеотидных оснований).
Ученые сравнили, как устроен энхансер ZRS у 16 видов позвоночных животных, начиная хрящевыми рыбами и заканчивая змеями. Оказалось, что у питонов, у которых имеются внутренние рудиментарные зачатки ног, энхансер на 80% совпадает с энхансером ящериц. А вот у более продвинутых змей, таких как кобры, у которых даже не осталось рудиментов ног, энхансер имеет гораздо меньше общего с остальными позвоночными животными.
Затем исследователи решили проверить, насколько энхансер ZRS консервативен. Для этого они заменили энхансер мыши энхансером человека (они схожи на 73%) и энхансером рыбы латимерии (уровень сходства 57%), чей последний общий предок с четвероногими животными жил 400 млн лет назад. Оказалось, что в обоих случаях энхансер сработал и у мыши развились нормальные конечности.
Однако когда энхансер мыши был заменен на энхансер питона, у нее заложились лишь рудиментарные ноги с 2-3 пальцами. Когда же ученые вставили в зародыш мыши энхансер кобры, то у грызуна развитие конечностей вообще не происходило. Сопоставив результаты всех этих манипуляций, ученые поняли – в энхансере змей не хватает всего лишь 17 нуклеотидных пар. Когда их вставили в змеиный энхансер и затем снабдили им эмбрион мыши, у нее развились полноценные ноги.
Фактически ученым удалось показать, что такое крупное морфологическое изменение, как исчезновение ног, сводится к утрате небольшого участка ДНК длиной 17 нуклеотидных пар. Теоретически, если обратить его вспять, то змеям можно вернуть конечности, потерянные ими в ходе эволюции много миллионов лет назад.