Головастики лягушек, у которых обычно отрастают ампутированные хвосты или конечности, потеряли способность к регенерации после того, как исследователи заблокировали экспрессию недавно идентифицированного гена, который является одной из движущих сил этого отрастания. Кроме того, ученые предполагают, что потеря регенерации придатков у теплокровных животных могла быть вызвана появлением или потерей этого гена, получившего название c-Answer, в геноме предка в ходе эволюции. Работа появится 22 октября в журнале Cell Reports.
«Мы полагаем, что гены могут исчезнуть только в том случае, если их удаление имеет преимущества для животного», - говорит первый автор Дарья Короткова из Института биоорганической химии имени Шемякина-Овчинникова в Москве.«Итак, мы предполагаем, что когда этот ген исчез у теплокровных видов, это произошло в результате мутации, выступающей в качестве компромисса за потерю регенерации придатков».
С помощью компьютерного алгоритма исследователи идентифицировали несколько генов, которые исчезли в геномах теплокровных позвоночных, включая человека, но присутствуют у холоднокровных. Они сделали это, изучив ДНК африканских когтистых лягушек Xenopus laevis, чтобы определить, какие гены кодируют регенерацию. Затем они искали похожие образцы ДНК у теплокровных видов, таких как цыплята, и отмечали, где ген отличался. Затем они выбрали один из идентифицированных генов, специфичных для хладнокровных, кодирующий ранее неизвестный трансмембранный белок, и назвали его c-Answer (подобный рецептору раневого эпителия, специфичному для хладнокровных животных).
Исследовательская группа, включавшая Короткову, Андрея Зарайского, Василия Любецкого, Анастасию Иванову, Льва Рубанова, Александра Селиверстова, Олега Зверкова, Наталью Мартынову, Алексея Нестеренко, Марию Терешину и Леонида Пешкина, затем гиперэкспрессировала или блокировала c-Answer у эмбрионов головастиков. Они обнаружили, что улучшение c-Answer позволяет головастикам регенерировать потерянные хвосты раньше, чем те, которые вылупились естественным путем, в то время как головастики с заблокированным c-Answer могут превращаться в лягушек, но не могут регенерировать ампутированные придатки.
«C-Answer модулирует как минимум два важных молекулярных пути, общих для всех позвоночных», - говорит старший автор Зарайский, заведующий лабораторией молекулярных основ эмбриогенеза Института биоорганической химии имени Шемякина-Овчинникова. «Его потеря в ходе эволюции может изменить функционирование этих путей и, соответственно, привести к серьезным физиологическим преобразованиям».
«Мы также обнаружили, что чрезмерная экспрессия c-Answer вызывает ускоренный рост мозга и большие глаза, что нас удивило, поскольку это означает, что c-Answer модулирует регенерацию и развитие мозга», - говорит Короткова. «Однако было замечено, что когда c-Answer блокируется, головастики Xenopus laevis имеют меньший мозг, поэтому еще предстоит проделать большую работу, чтобы лучше понять эту взаимосвязь."