Ген, связанный с эволюцией развития конечностей, идентифицирован

Исследователи из Медицинского колледжа Университета Кентукки приняли участие в новом исследовании, проливающем свет на эволюцию развития конечностей у позвоночных.

Результаты, опубликованные в Current Biology 4 октября, идентифицируют ген, играющий центральную роль в эволюции развития конечностей у позвоночных. Манипулируя этим геном у мышей, исследователи смогли активировать древнюю форму развития конечностей, наблюдавшуюся у ранних тетрапод (четвероногих позвоночных).

У всех тетрапод кости кистей и стоп на внешнем крае формируются первыми — это постаксиальное развитие. Исследование фокусируется на саламандрах, которые являются единственным исключением из этого правила: у них кости конечностей развиваются преаксиально, то есть с внутреннего края (большой палец раньше мизинца).

"Более 100 лет ученые задавались вопросом, развилось ли преаксиальное развитие уникально у саламандр. Теперь мы понимаем, что оно является предковым по отношению к постаксиальному режиму, наблюдаемому у всех других тетрапод. Саламандры не необычны — они просто сохранили древний механизм развития конечностей позвоночных", — заявил соавтор исследования Рэндал Восс.

Восс, изучающий уникальную способность саламандр к регенерации частей тела, включая конечности, объединил усилия с главным исследователем Сьюзан Маккем, чья работа сосредоточена на сигнальных сетях, участвующих в развитии конечностей.

И у мышей, и у саламандр-аксолотлей исследователи манипулировали функцией гена Gli3, который, как известно, важен для регуляции паттерна развития конечностей.

• Мыши с избыточной репрессорной активностью GLi3 вернулись к преаксиальному развитию конечностей — как у саламандр.
• И наоборот, когда ген Gli3 был "нокаутирован" у саламандр, у них развивались конечности постаксиально, как у мышей и всех других тетрапод.

"В эволюционных терминах, мы, по сути, вернули у мышей древнюю форму развития конечностей с помощью генетических манипуляций, доказав, что Gli3 был ключевым для перехода от преаксиального развития, наблюдавшегося у ранних тетрапод", — сказал Восс.

Результаты значимы для биологов-эволюционистов и палеонтологов, обнаруживших окаменелости, подтверждающие идею о том, что преаксиальное развитие конечностей является предковым режимом у позвоночных. Они также дают представление об эволюционном переходе от плавников к конечностям при выходе позвоночных на сушу.

В будущем эти результаты помогут ответить на вопросы о регенерации конечностей. Саламандры — одни из немногих четвероногих, способных полностью регенерировать утраченную конечность, и ученые предположили, что эта способность связана с их сохраненным преаксиальным развитием.

Восс теперь планирует изучить регенерацию конечностей у саламандр, у которых в его лаборатории генетически индуцировано постаксиальное развитие.