Генетики узнали, откуда у человека взялось пять пальцев

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.