Нейтральная генетическая мутация - случайность в эволюционном процессе, не имевшая очевидной биологической цели - появившаяся более 700 миллионов лет назад в биологической эволюции, может помочь объяснить происхождение сложных органов и структур у человека и других позвоночных, согласно статье, опубликованной в Nature Communications группой под руководством руководителя группы CRG Мануэля Иримии, профессора университета Хорди Гарсиа-Фернандес с факультета биологии и Института биомедицины Барселонского университета (IBUB) и Марии Ины Арноне (Зоологическая станция Антон Дорн, Италия).
В частности, эта мутация, которая, вероятно, произошла на очень раннем этапе эволюции после отделения нашей группы от группы актиний, затронула ген семейства Fgfr (рецепторы фактора роста фибробластов). Любопытно, что миллионы лет спустя это генетическое изменение запустило связь между двумя регуляторными сетями генов (контролируемыми ESRP и Fgfr), которые стали ключевыми для происхождения многих органов и структур позвоночных (легкие, передние конечности и внутреннее ухо).
Статья The Nature Communications, ведущим автором которой является Демиан Бургера (CRG и UB-IBUB), взяла свой подход из области эволюционной биологии развития (evo-devo). Это относительно новая парадигма в изучении эволюции, которая фокусируется на сравнении эмбрионального развития множества живых существ, чтобы понять, как изменились их взрослые формы, породив новые виды.
От случайной мутации к образованию органов у позвоночных
Ген может кодировать различные белки с различной функциональностью благодаря генетическому механизму альтернативного сплайсинга (разрезание и воссоединение генов). В некоторых типах клеток человека этот процесс контролируется семейством регуляторных белков, называемых ESRP. Они действуют как молекулярный переключатель: когда эти регуляторные белки присутствуют, группа генов, участвующих в морфогенезе и межклеточных взаимодействиях, генерирует специфические варианты белков; когда они отсутствуют, образуются разные варианты белка. И этот молекулярный переключатель контролирует, как клетки ведут себя и взаимодействуют со своими соседями во время эмбрионального развития. Однако эволюционное значение этого механизма было неизвестно.
Мы изучили функции генов ESRP во время эмбриогенеза различных животных. Наши результаты показывают, что эти гены были частью древнего генетического механизма, общего для таких разных животных, как рыбы, морские ежи и мы сами, который контролирует интеграция определенных клеток в оболочки развивающихся органов. Это фундаментальный шаг в формировании некоторых органов, и это обратный процесс, который играет центральную роль в метастазировании рака, посредством которого клетки покидают опухоль, чтобы колонизировать другие части органа. тела», - объясняет Мануэль Иримиа, руководитель группы в Центре геномной регуляции (CRG).
Статья, опубликованная в Nature Communications, показывает, как одни и те же регуляторные гены использовались для создания различных органов и биологических структур у живых существ в процессе эволюции. В том же ключе в статье описывается, как случайная «ошибка» - явно бессмысленная мутация, произошедшая более 700 миллионов лет назад, - стала молекулярной движущей силой сложных морфологических изменений ряда позвоночных (включая человеческий вид).
Очевидно, что самым исключительным результатом работы является доказательство того, насколько важна интуиция для эволюции. Удивительно обнаружить, что один ген (ESRP) благодаря своей наследственной биологической роли (прилипание клеток и подвижность) использовалась во всех масштабах животных для самых разных целей: от иммунной системы иглокожих до губ, легких или внутренних ушей человека», - говорит профессор Хорди Гарсия-Фернандес с факультета генетики, микробиологии и статистики Университета Барселоны. и ИББУ.
"Новое открытие подтверждает, насколько разнообразна биологическая эволюция: один и тот же фундамент и генные инструменты могут быть использованы для строительства деревянной хижины или небоскреба", - заключает профессор Гарсия-Фернандес.