Структура хроматина играет ключевую роль в эволюции социального поведения собак
Исследование на собаках показало, что пространственная структура хроматина играет значительную роль в эволюции социального поведения. Хроматин, компактная форма ДНК, не только упаковывает генетический материал, но и играет ключевую роль в регуляции генов.
Исследование, опубликованное в BMC Genomics, демонстрирует, что как линейная последовательность ДНК, так и её трёхмерная конфигурация связаны с дружелюбным поведением, сформированным в ходе одомашнивания собак, и даёт новые представления о молекулярных механизмах, лежащих в основе социальных черт.
На поведенческие черты, такие как общительность, влияют многочисленные гены, их взаимодействия, факторы окружающей среды и индивидуальный жизненный опыт.
Поскольку эффект отдельного гена сложно обнаружить, в 2017 году стало сенсацией, когда профессор Принстонского университета доктор Бриджитт фонХольдт и её команда идентифицировали в гене GTF2I у собак специфические элементы, связанные с синдромом Вильямса-Бёрена (WB) у людей, для которого характерны гиперсоциальность, крайняя дружелюбность и краниофациальные аномалии.
Результаты показали, что отбор на повышенную дружелюбность у собак включал изменения в гене GTF2I.
«Этот ген играет роль в нейроразвитии и путях, связанных с тревожностью и общительностью, и, вероятно, является ключевым детерминантом дружелюбного поведения, сформированного одомашниванием. В нашем текущем исследовании мы хотели изучить, как генетические варианты влияют на 3D-структуру ДНК, содержащей этот ген», — говорит фонХольдт, ведущий автор публикации.
«Ген GTF2I имеет несколько вариантов, причём древний, волкоподобный вариант обнаружен у трёх из десяти особей. Нам было интересно, как именно древние и более современные варианты влияют на функцию гена». Варианты гена происходят от ретротранспозонов — мобильных, самовоспроизводящихся элементов ДНК.
Исследователи изучили интронный участок гена, который не производит генный продукт, но, вероятно, влияет на пространственную структуру хроматина — комплекса ДНК и белков, составляющих хромосомы — и вызывает различия в экспрессии генов.
Они использовали образцы тканей мозга собак, предоставленные Банком мозга и тканей собак Университета ELTE в Будапеште.
«Образцы ствола мозга были собраны у домашних собак, усыплённых по медицинским показаниям и пожертвованных для исследований. Мы включили только собак без серьёзных заболеваний нервной системы», — объясняет доктор Энико Кубиньи, руководитель кафедры этологии ELTE, которая основала банк вместе с генетиком доктором Сарой Шандор и ветеринаром доктором Кальманом Цейбертом и поддерживает его на гранты Венгерской академии наук.
«Исследуемый ген регулирует экспрессию других генов, поэтому ожидается, что его экспрессия происходит по всему мозгу».
Исследование показало, что древний и современный варианты GTF2I по-разному влияют на форму петли хроматина.
«Новые регуляторные сегменты ДНК, вызванные вставками ретротранспозонов, обычно удаляются из генома. Интересно, что в интроне гена GTF2I древний волчий геном в значительной степени использует вставленный сегмент, в то время как современный собачий геном отвергает его», — сказал доктор Дхрити Тандон, первый автор исследования.
«Наличие или отсутствие этого ретротранспозона связано с изменённой 3D-структурой хроматина в локусе GTF2I, что может иметь последствия для путей, регулирующих внеклеточный матрикс и сплайсинг GTF2I.
«Это похоже на случай с людьми, где у многих пациентов с WB есть краниофациальные аномалии, объясняемые аномалиями внеклеточного матрикса и изменённой функцией GTF2I. По сути, мы сообщаем о предполагаемой молекулярной конвергенции между гиперсоциальным поведением у собак и синдромом Вильямса-Бёрена у человека».
Когда определённые виды сохраняют одну и ту же мутацию, а другие нет — как видно в разнице между волками и собаками — регуляторный эффект, вероятно, имеет эволюционное значение. В отсутствие ретротранспозонов ДНК-петля, присутствующая у волков, не формируется у собак, что может объяснить некоторые различия в нейрокогнитивных профилях и, следовательно, в социальном поведении между двумя видами.
Исследователи надеются, что их результаты подчеркнут, что на поведение влияет не только последовательность оснований генома, но и его 3D-структура.