ДНК-последовательность проливает свет на происхождение челюстей
Подавляющее большинство современных позвоночных, включая человека, относятся к челюстноротым. Развитие сочленяющихся челюстей в ходе эволюции позвоночных стало одним из важнейших переходов от бесчелюстных к челюстноротым, произошедшим как минимум 423 миллиона лет назад. Первичный челюстной сустав соединял нижнюю и верхнюю челюсти. Однако в ходе эволюции млекопитающих он сместился в среднее ухо для улучшения слуха и был заменен вторичным челюстным суставом, который есть и у современных людей.
Первичный челюстной сустав формируется в эмбриональном развитии, и в этом процессе активен ген, содержащий информацию для синтеза специфического белка — транскрипционного фактора Nkx3.2. Этот белок давно считается ключевым в эволюции челюстного сустава, однако о регуляции активности его гена в клетках сустава было известно мало.
Активация генов
Обычно гены активируются с помощью участков ДНК, называемых энхансерами, которые не несут генетической информации для белков. Такая регуляторная ДНК может способствовать активации гена только в определенном типе клеток и может быть консервативной у разных видов животных.
«Мы проанализировали геномные последовательности многих видов позвоночных и обнаружили эту ДНК-последовательность рядом с геном Nkx3.2 только у челюстноротых — у бесчелюстных ее нет. Когда мы вводили эти последовательности от челюстноротых в эмбрионы рыбок данио, они активировались именно в клетках челюстного сустава. То, что эта способность к активации сохранялась более 400 миллионов лет, показывает ее важность для челюстноротых», — отмечает Татьяна Хайтина, исследователь из Уппсальского университета, руководившая работой.
«В экспериментах, где мы удаляли новую последовательность из генома данио с помощью CRISPR/Cas9, мы наблюдали снижение ранней активации гена Nkx3.2, что приводило к дефектам формы челюстного сустава. Оказалось, что эти дефекты позже исправлялись, что указывает на существование в геноме дополнительной регуляторной ДНК, контролирующей активацию Nkx3.2, которую еще предстоит открыть», — добавляет Джейк Лейр, аспирант исследовательской группы.
Ученые надеются, что их открытие — важный шаг на пути к пониманию процесса происхождения челюстей у позвоночных.
Исследование опубликовано в журнале eLife.