От рыб к человеку: как плавники превратились в конечности
Переход позвоночных от жизни в воде к жизни на суше стал ключевым событием в истории жизни. Исследователи, опубликовавшие работу в декабрьском выпуске журнала Developmental Cell, представили новые доказательства того, что развитие кистей и стоп произошло благодаря появлению новых регуляторных элементов ДНК, активирующих определённые гены.
«Это открытие, во-первых, помогает понять, какую силу имеет модификация экспрессии генов в формировании нашего тела, — говорит доктор Хосе Луис Гомес-Скармета из CSIC-Университета Пабло де Олавиде-Правительства Андалусии в Севилье, Испания. — Во-вторых, многие генетические заболевания связаны с "неправильным формированием" наших органов в процессе развития. В случае генов, участвующих в формировании конечностей, их аномальная функция связана с такими заболеваниями, как синполидактилия и синдром кисть-стопа-матка».
Чтобы понять, как плавники могли эволюционировать в конечности, исследователи под руководством доктора Гомес-Скарметы и его коллеги доктора Фернандо Касареса из того же института ввели дополнительный ген Hoxd13 (известный своей ролью в дифференцировке частей тела) в кончик плавника эмбриона рыбки данио. Это привело к образованию новой хрящевой ткани и сокращению ткани плавника — изменениям, которые поразительно повторяют ключевые аспекты развития конечностей наземных животных.
Учёные предположили, что новые регуляторные элементы гена Hoxd13 могли в прошлом усиливать его экспрессию, вызывая подобные эффекты в ходе эволюции конечностей. Они обратились к регуляторному элементу ДНК, который, как известно, управляет активацией Hoxd13 в эмбриональных конечностях мыши и отсутствует у рыб.
«Мы обнаружили, что у данио мышиный регуляторный элемент Hoxd13 способен запускать экспрессию гена в дистальном зачатке плавника. Этот результат указывает на то, что молекулярный механизм, способный активировать этот элемент, уже присутствовал у последнего общего предка животных с плавниками и конечностями, и это доказывается его остатками у данио», — говорит доктор Касарес.