Как древнее позвоночное использует знакомые инструменты для построения странной головы

Новое исследование, опубликованное в онлайн-выпуске журнала Nature от 14 сентября 2014 года, показывает, что генетическая программа, используемая челюстными позвоночными (рыбами, мышами, людьми), была активна задолго до появления у позвоночных узнаваемого лица.

Учёные из Института медицинских исследований Стоуэрс под руководством Робба Крамлауфа, Ph.D., в сотрудничестве с Марианной Броннер, Ph.D., из Калтеха, изучили морскую миногу Petromyzon marinus — древнее бесчелюстное позвоночное, предки которого появились около 500 миллионов лет назад.

Ключевое открытие:

• Исследователи создали «репортёрные» гены из регуляторных последовательностей ДНК, связанных с конкретными Hox-генами у рыбок данио или мышей, и пометили их флуоресцентными метками.
• Эти репортёры, вставленные в эмбрионы челюстной рыбы, светятся в виде смежных радужных полос вдоль заднего мозга (hindbrain).
• Когда те же самые репортёры были вставлены в эмбрионы миноги, они показали точно такую же радужную картину экспрессии в том же порядке вдоль передне-задней (AP) оси заднего мозга.

Значение:

Это означает, что генно-регуляторная сеть, управляющая сегментарным паттернированием заднего мозга, вероятно, эволюционировала до расхождения челюстных и бесчелюстных позвоночных. Hox-гены, функционирующие как молекулярная линейка для определения структур тела, использовались для построения головы ещё у древних предков.

Подтверждение механизма:

• Известно, что у мыши и данио короткие последовательности ДНК в репортёре Hoxb3 служат «посадочной площадкой» для белка, включающего ген.
• Мутантные репортёры с изменёнными последовательностями не были активны (не светились) в заднем мозге эмбрионов данио.
• Тот же мутантный репортёр был неактивен и в эмбрионах миноги, что указывает на глубокую эволюционную сохранность этого регуляторного переключателя.

«Эти результаты позволяют предположить, что регуляторные контуры, контролирующие паттернирование заднего мозга, вероятно, были «зафиксированы на месте» у древних позвоночных», — говорит Марианна Броннер. Несмотря на радикальные различия взрослых форм, эмбрионы миноги и других позвоночных демонстрируют поразительное сходство на генетическом уровне.