Как слепые пещерные рыбы теряют глаза: ключевую роль играет эпигенетическое подавление генов

Потеря глазной ткани у слепых пещерных рыб (Astyanax mexicanus), происходящая в течение нескольких дней их развития, обусловлена эпигенетическим подавлением генов, связанных с развитием глаз. К такому выводу пришло исследование, проведённое Национальными институтами здравоохранения (NIH). Эпигенетическая регуляция — это процесс, при котором гены "выключаются" или "включаются", обычно обратимым или временным образом. Этот механизм отличается от генетических мутаций, которые представляют собой постоянные изменения в коде ДНК. Исследование опубликовано в Nature Ecology & Evolution.

Astyanax mexicanus — тропическая пресноводная рыба, обитающая в Мексике. Несколько миллионов лет назад часть этих рыб оказалась в тёмных пещерах, что привело к появлению совершенно других разновидностей ("морф"), лишённых глаз и имеющих ряд других уникальных физических, поведенческих и физиологических изменений. Несмотря на радикальные различия, поверхностные и пещерные морфы имеют сходные геномы и могут скрещиваться. У пещерных морф развитие глаз начинается, но программа не поддерживается, и в течение нескольких дней происходит дегенерация глаз.

Новое исследование показало, что эпигенетическое подавление большого набора генов ограничивает развитие глаз у пещерных рыб. Двадцать шесть из этих генов также экспрессируются в глазах человека, а девятнадцать связаны с глазными расстройствами у людей.

Исследовательская группа обнаружила повышенное метилирование ДНК генов развития глаз и, как следствие, сниженную активность этих генов у пещерных рыб. Метилирование ДНК — это эпигенетический процесс, при котором к ДНК добавляются метильные группы, "заглушающие" гены, делая ДНК недоступной.

Авторы выяснили, что у пещерных рыб в развивающихся глазах повышены уровни ДНК-метилтрансферазы DNMT3B. Когда учёные "отключили" ген DNMT3B у другой рыбы с глазами — данио-рерио, — у мутантных рыб активизировались глазные гены и увеличился размер глаз. Результаты позволяют предположить, что в ходе эволюции пещерных рыб произошло генетическое изменение, приведшее к повышению уровня DNMT3B, что вызвало эпигенетическое подавление генов развития глаз.

Это исследование демонстрирует, как небольшие генетические изменения, влияющие на эпигенетическую регуляцию, могут играть важную роль в эволюции, запуская масштабные изменения в экспрессии целых наборов генов.