Выключение гена на ранней стадии развития мыши привело к тому, что исследователи встретились с шестиногим эмбриональным млекопитающим.
Этот неожиданный результат направил исследование спинного мозга биологов-развития Анастасии Лозовска и Моисея Малло, а также их коллег из Португальского научного института имени Гюльбенкяна, в новом направлении.
“Я не выбирал проект, это проект выбрал меня”, – признался Малло.
Команда сравнила эмбрионы мышей в возрасте от 10 до 17 дней с функционирующими и неработающими версиями исследуемого гена, Tgfbr1, который кодирует белок рецептора Tgfbr1.
Tgfbr1 вносит свой вклад в сигнальный путь, который дает формирующемуся телу его направление от туловища к хвосту. Этот путь дает инструкции здесь “создать заднюю конечность” или “внешние гениталии” клеткам развивающегося эмбриона.
Пока эмбрион млекопитающего растет, он последовательно строит структуры от головы до хвоста. На ранней стадии развития генетические механизмы переключаются с фокусировки на голову на удлинение тела и и закладыванию основ для основных систем органов.
Позже происходит второй переход, когда активация генов в нескольких слоях ткани удлиняет туловище, чтобы создать хвост.
Во время этого процесса взаимодействия между вновь появляющимися тканями генерируют структуры, необходимые для выходных каналов тела и гениталий.
Хотя ноги и руки имеют много одинаковых генов, на этой ранней стадии, задние конечности имеют больше общего с гениталиями. Было предположено, что они возникают из одной и той же первоначальной примордиальной структуры у предковых видов.
“Нам стало интересно определить, может ли механизм, связанный с пластичностью развития, которую мы выявили в своей работе, помочь объяснить отсутствие задних конечностей у змей, но их присутствие у большинства ящериц”, – рассказала Лозовска.
Ученые обнаружили, что несмотря на очень заметное отличие в размещении дополнительных ног у эмбрионов без функционирующей версии Tgfbr1, другие гены, экспрессируемые в этих ногах, аналогичны тем, что найдены в нормальных конечностях мышей.
Оба придатка происходят из среднего из трех слоев ткани, образующих ранний эмбрион, мезодермы. По мере того, как клетки, превращающиеся в конечности, проталкиваются в окружающий наружный слой тканей (энтодерму), возможно, они получают больше сообщений “стать ногами”, чтобы продвинуть их развитие в деформированные, но зрелые структуры конечностей, подозревают исследователи.
Лозовска и команда внимательно изучили ДНК в ткани мутантной ноги по сравнению с контрольными мышами и выявили перестройку хроматина – белки, которые контролируют доступ к ДНК клеток, были переключены на конфигурацию “ноги”, вместо конфигурации “гениталии”.
Исследователи до сих пор не знают точный механизм взаимодействия гена Tgfbr1 с образованием дополнительной пары ног.
Понимание больше об этих фундаментальных процессах обеспечит исследователей дополнительными инструментами для решения проблем развития и болезней.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications
Читайте также: Что если код ДНК – это искусственный интеллект?
