Новое понимание того, как естественная потеря мышц стопы произошла у грызунов и других видов в ходе их эволюции, было опубликовано сегодня в журнале открытого доступа eLife.
Исследование предполагает, что естественная потеря мышц у таких видов, как грызуны, лошади и олени, которые реконструировали свои ноги в течение многих миллионов лет, имеет сходство с атрофией скелетных мышц - состоянием, которое включает истощение мышц и обычно считается патологической реакцией на травму или заболевание. Эти результаты бросают вызов хорошо обоснованным предположениям о том, что запрограммированная гибель клеток является ключевым фактором потери ткани в процессе развития.
Мышцы наших рук контролируют точные движения пальцев концертирующего пианиста. Эти и подобные внутренние мышцы ног также позволяют некоторым животным лазать, цепляясь и маневрируя между деревьями и кустами с удивительной ловкостью. Со временем естественный отбор изменил способ передвижения некоторых видов, так что многие из них больше не хватаются за предметы руками и ногами. Вместо этого кости, связанные с этими конечностями, стали непропорционально длинными, чтобы увеличить беговой шаг и позволить некоторым видам прыгать.
«Мы хотели выяснить, что произошло за многие миллионы лет эволюции, чтобы удалить внутренние мышцы стопы», - говорит ведущий автор Май Тран, аспирант лаборатории старшего автора Кимберли Купер в Калифорнийском университете в Сан-Диего., НАС. «Они не формируются у эмбрионов видов, у которых эти мышцы отсутствуют у взрослых особей? Или они начинают свой типичный путь развития, который сбивается с пути и теряется до того, как животное полностью созреет?»
Чтобы ответить на эти вопросы, Тран и ее команда изучили малого египетского тушканчика, Jaculus jaculus, грызуна, который бегает и прыгает по пустыням с редкой растительностью в Африке и Азии на непропорционально длинных задних лапах. В этих конечностях отсутствуют все внутренние мышцы стопы, и вместо этого они имеют прочные связки, подобные тем, которые есть у лошадей и оленей.
Изучая этих животных и сравнивая их с близкородственными лабораторными мышами, ученые обнаружили, что, хотя у взрослых особей нет мускулов на ногах, у их потомства развиваются мышцы, которые быстро исчезают вскоре после рождения.
«Уже известно, что избыток клеток образуется во многих местах во время развития животных, таких как перепонки между пальцами рук и ног, которые устраняются в процессе генетически запрограммированной гибели клеток», - объясняет Тран. «Но мы не обнаружили доказательств какого-либо известного механизма гибели клеток в мышцах стопы тушканчика».
Исследуя это дальше, исследователи обнаружили, что клетки в мышцах стопы разбирают упорядоченный набор белков, отвечающих за сокращение скелетных мышц, и увеличивают экспрессию генов, которые разрушают эти мышечные белки во время атрофии скелетных мышц.
«Это было неожиданное открытие, потому что мышечная атрофия считается патологической реакцией на голодание, повреждение нервов или неподвижность, которая уменьшает размер, но не количество мышечных клеток у людей и мышей», - говорит старший автор Кимберли Купер., доцент кафедры клеточной биологии и биологии развития Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Характеристики мышечной атрофии не типичны для «нормального» развития скелетных мышц».
Купер добавляет, что это неожиданное наблюдение демонстрирует, что биологические процессы, лежащие в основе нормального развития и болезни, более взаимосвязаны, чем считалось ранее. «Дальнейшие исследования нетрадиционных организмов могут помочь улучшить наше понимание механизмов, участвующих в ремоделировании развития, и биологических процессов, обычно связанных с болезненными состояниями», - заключает она..