Laboratorijoje Kyoto, genetikų komanda padarė nedidelį, bet reikšmingą pelių DNR pakeitimą. Naudojant CRISPR genų redagavimas technologija, jie įterpė vieną geno variantą, kurį kadaise nešė Homo neanderthalensis ir Denisovanai—archajiškos giminės Šiuolaikiniai žmonės—į gyvų graužikų genomus. Pelės, iškeltos kontroliuojamomis sąlygomis, netrukus pradėjo rodyti anatominių skirtumų požymius, kurie atkartojo šių išnykusių homininų skeleto struktūrą.
Eksperimentas, paskelbtas žurnalas „BioRxiv”, vadovaujamas dr. Ako Agata ir dr. Tadashi Nomura Kioto prefektūros medicinos universitetas, sutelktas į geną GLI3. Šis genas vaidina pagrindinį vaidmenį pagrindiniame vystymosi signalizavimo kelyje, žinomame kaip Ežys, kuri reguliuoja kaulų ir organų susidarymą embrionuose. Versija, įvesta į peles, turėjo specifinę mutaciją, R1537C, kuriuos, kaip žinoma, turėjo neandertaliečiai ir denisovanai.
Tyrėjai norėjo nustatyti, ar šis archajiškas variantas prisidėjo prie skirtingų fizinių bruožų, matomų Neandertaliečių griaučiai—pavyzdžiui, platūs šonkauliai, pailgos kaukolės ir ryškūs antakių grioveliai. Jie nustatė, kad pelės, turinčios redaguotą geną, išsivystė pastebimai skeleto pokyčiai. Kai kurie turėjo platesnę kraniją. Kiti turėjo mažiau slankstelių ar šonkaulių narvelio anomalijų, įskaitant stipresnį šonkaulių sukimąsi ir stuburo kreivumas.
Subtilūs, bet struktūriniai pokyčiai
Remiantis tyrimu, archajiškas geno variantas nepakenkė baltymo stabilumui ar jo gebėjimui suaktyvinti ežio signalizaciją, kuri yra labai svarbi vystymosi metu. Užtat subtiliai pakeitė, kaip GLI3 reglamentavo tam tikrus vystymosi genai, ypač tie, kurie susiję su skeleto morfologija. Eksperimentuose, kuriuose dalyvauja HEK293T ląstelės– bendra žmogaus ląstelių linija, naudojama laboratorijose – tyrėjai pastebėjo kelių vystymosi genų raiškos pokyčius, kai buvo neandertaliečių variantas.
Pelėms poveikis buvo matomas kaulų struktūroje. Kai kuriems pasireiškė priešlaikinis kaukolės siūlų kaulėjimas – būklė, susijusi su kaukolės deformacija. Kiti sukūrė į skoliozę panašius bruožus, su asimetriniais šonkaulių narveliais ir stuburo pokyčiais. Taip pat paaiškėjo, kad mutacija sumažino juosmens slankstelių skaičių, imituodama neandertaliečių palaikuose rastus bruožus.
Dr. Nomura komanda pažymėjo, kad nė viena iš modifikuotų pelių nepasižymėjo polidaktily ar papildomais skaitmenimis – tai dažna pasekmė, kai GLI3 Genas yra visiškai sutrikdytas žmonėms ir gyvūnams. Tai rodė, kad neandertaliečių variantas išlaikė pagrindines vystymosi funkcijas, tuo pačiu švelniai nukreipdamas tam tikrus rezultatus naujomis kryptimis.
Senovės mutacija šiuolaikiniame genome
R1537C variantas neapsiriboja priešistore. Šiandien ji egzistuoja nedidelėmis žmonių populiacija, ypač ne Afrikos grupėse. Nutarė 1000 genomų projektas tyrime cituojami duomenys, jo dažnis svyruoja nuo maždaug Nuo 3,7 % iki 7,7 % Europos gyventojų ir tiek, kiek 0,8% Afrikos populiacijose.
Mutacija yra GLI3 genas, vadinamas C-terminalo transaktyvacijos domenu, ir in silico analizėje prognozavo, kad jis bus žalingas. Tačiau eksperimentiniai Kioto grupės įrodymai parodė, kad variantas nedestabilizuoja baltymo ir neblokuoja jo pirminio aktyvumo. Vietoj to, pakeista genų ekspresija buvo susijusi su bruožais, susijusiais su chromatino reguliavimu ir audinių vystymusi, įskaitant tokius genus kaip STC1, H4C3ir LINC00294—visa tai susiję su kaulų augimu ir ląstelių vystymusi.
Pažymėtina, kad pelėms, turinčioms šį genetinį pokytį, buvo skirtingi fenotipai, priklausomai nuo jų genetinis pagrindas. C57BL6 genetiniame fone pelėms išsivystė kaukolės padidėjimas ir šonkaulių narvelio anomalijos. CD-1 padermėje jie parodė papildomus bruožus, tokius kaip apsigimę kaklo slanksteliai ir papildomas šonkaulis ties 14-uoju krūtinės slanksteliu.
Archajinės biologijos pėdsakai
Tyrėjai mano, kad mutacijos eFfects galėjo būti suformuotas dėl atsipalaidavusių senovės homininų vystymosi apribojimų. Neandertaliečiai, turėdami mažesnį veiksmingą populiacijos dydį, galėjo toleruoti ar net įtraukti mutacijas, kurių šiuolaikiniai žmonės netoleruotų. Genetinis dreifas galėjo leisti šiems bruožams išlikti.
Pelių skeleto duomenys sutapo su kai kuriomis žinomomis neandertaliečių savybėmis. Tai buvo „makrocefalija„skoliozė ir greitesnis skeleto brendimas – bruožai, kuriuos tyrėjai susiejo naudodami Žmogaus fenotipo ontologija. Fosilijų įrašai taip pat rodo stipresnį neandertaliečių kūdikių šonkaulių sukimąsi – atradimą, kuris pasirodė atspindintis pakeistas modifikuotų pelių šonkaulių formas.
Pasak tyrimo autorių, reikia tolesnių tyrimų, kad būtų galima nustatyti, ar ši mutacija buvo teigiamai atrinkta neandertaliečiams, ar tiesiog išlaikyta per dreifą. Nors kai kurie JK biobankas Duomenys rodo sąsajas tarp šio varianto ir žmogaus anatominių bruožų, tokių kaip juosmens ir klubų santykis bei nugaros sutrikimai, statistiniai įrodymai tebėra riboti.
Genetinis aidas mūsų skeletuose
Šis darbas papildo vis daugiau tyrimų, nagrinėjančių, kiek mažas Neandertaliečių DNR segmentai gali ir toliau formuoti šiuolaikinę biologiją. Ankstesni tyrimai tyrė neandertaliečių genų įtaką imuniniam atsakui, skausmo suvokimui ir net neurologiniams bruožams. Tačiau tik nedaugelis įrodė tokį tiesioginį ryšį tarp specifinės genetinės mutacijos ir skeleto vystymasis.
Genų redagavimo darbas buvo atliktas pagal griežtus eksperimentinius protokolus, patvirtintus Kioto prefektūros medicinos universiteto etikos komiteto. Gyvūnų modeliai buvo sukurti naudojant CRISPR-Cas12a technologija, kai embrionai implantuojami į surogatines peles. Tyrimo duomenys, įskaitant RNR sekoskaitą ir skeleto vaizdavimą, buvo viešai prieinami DDBJ duomenų bazėje ir Mendeley duomenys.
Tyrėjai liovėsi darę tvirtas išvadas apie geno vaidmenį neandertaliečiams. Tačiau, kaip jie pažymi savo išankstiniame spausdinime, galima rasti bioRxiv, įrodymai rodo senovinį variantą GLI3 tai „prisideda prie rūšiai būdingų anatominių variacijų”, subtiliai formuodama išnykusių giminaičių kūnus – ir galbūt tam tikru mastu mūsų pačių.
