Как люди потеряли хвост: объяснение генетиков
Исследователям из США удалось показать, что в потере человеком хвоста важную роль играет ген TBXT. Препринт с результатами исследования опубликован в базе bioRxiv.
У гоминид (семейство приматов, включающее людей и больших человекообразных обезьян) в этом гене присутствуют два мобильных элемента Alu. Ни у одного из хвостатых млекопитающих таких элементов нет. Совместно два Alu приводят к появлению укороченной формы белка, который кодирует TBXT. У мышей с таким коротким белком длина хвоста варьируется от почти нормальной до полного его отсутствия. При этом у таких мышей чаще рождаются потомки с дефектами развития, связанными с неправильным формированием спинного мозга.
Чтобы отыскать вариации, которые привели к потере хвоста гоминидами, ученые исследовали последовательность нуклеотидов 31 гена человека и их аналоги (ортологи) у приматов, которые отвечают формирование хвоста. В гене TBXT обнаружили мобильный элемент Alu. Этот ген кодирует высококонсервативный транскрипционный фактор (участвующий в кодировании белка), играющий важную роль в эмбриогенезе. Мутации в кодирующих последовательностях 31-го гена у мышей, рыбки данио-рерио и у собак приводят к отсутствию или укорочению хвоста. Найденный мобильный элемент относился к эволюционно молодому подсемейству AluY, общему для гоминид и обезьян Старого Света.
На первый взгляд AluY никак не должен влиять на экспрессию гена TBXT. Но в интроне (участок ДНК, копии которого удаляются из первичного транскрипта и отсутствуют в зрелой РНК) того же гена обнаружили другой Alu — AluSx1, закодированный в обратном направлении. Вместе эти элементы образуют пару.
Ученые предположили, что из-за двух Alu может образоваться укороченная форма белка, который кодирует TBXT. В дальнейших опытах на эмбриональных стволовых клетках человека авторы подтвердили, что оба элемента необходимы для того, чтобы произошел альтернативный сплайсинг и образовалась укороченная форма TBXT.
Также ученые проверили, достаточно ли одного присутствия укороченной формы продукта TBXT для того, чтобы у мыши исчез хвост. У мыши и человека последовательность генов TBXT совпадает на 91%. Поэтому для симуляции наличия двух Alu у мыши просто удалили определенный участок ДНК в одной из копий гена TBXT.
Строение тела таких мышей широко варьировалось — у некоторых хвоста не было вовсе, у других он был короче нормы, длина хвоста у других — сильно менялась. В последующих поколениях также не проявился устойчивый фенотип; у короткохвостых родителей могли быть длиннохвостые потомки, а у длиннохвостых — короткохвостые. Тем временем делеция (хромосомные перестройки, при которых происходит потеря участка хромосомы) в гомозиготе была летальной для мыши: эмбриональное развитие останавливалось или спинной мозг формировался с серьезными нарушениями.
Авторы предполагают, что одного только наличия короткой формы TBXT недостаточно для полной и устойчивой потери хвоста, но присутствие мобильных элементов Alu — это ключевое событие в этом процессе. Они в очередной раз подчеркнули важную роль, которую играют мобильные элементы в ходе эволюции.
Для многих видов млекопитающих характерно наличие хвоста, но у человека и человекообразных обезьян его нет. Почему?