Екип учени за първи път проследява формирането на перките и установява, че пръстите ни са формирани от същите структури, от които при рибите се появяват лъчите на плавниците.
Изследването е публикувано в списание Nature.
Ново проучване показва, че развитието на костите на човешките пръсти и рибните перки е частично контролирано от едни и същи два гена - Hoxa-13 и Hoxd-13.
Излизането на животните на сушата е придружено от множество еволюционни трансформации, чието изучаване е една от най-интересните теми в биологията. В много отношения остава неясен въпросът за превръщането на перките на рибите в крайници на четириноги гръбначни животни, а по-точно - появата на ръката и пръстите с дисталната (отдалечена от основата) им позиция.
Настоящото изследване на проф. Нийл Шубин (Neil Shubin) на университета в Чикаго (Нийл Шубин) и колегите му разкрива нови аспекти на този процес.
Авторите са фокусирали вниманието си върху генните клъстери HoxA и HoxD, определящи развитието на крайниците. Клъстери на тези гени са възникнали в резултат на дублиране, така че те съдържат много сходни варианти на гени, които в биологията се наричат паралози. Въпреки приликите, паралози в различни клъстери могат да изпълняват малко по-различни функции. Така работата на HoxA, необходима за нормалното образуване на проксималната (близо до основата) част от свободния крайник, а HoxD - дисталната, включително дланта. Различни експерименти върху мишки с "нокаутирани" паралози на гените на тези две групи (особено, Hox13) показаха дълбоки нарушения в развитието на крайниците. Но такива опити не са провеждани досега върху риби, въпреки че те биха могли да посочат възможните механизми за преобразуването на един тип крайници в други и появата на ръцете, краката и пръстите на земните гръбначни.
Нийл Шубин и колегите му използват като модел аквариумните риби зебра или данио-рерио (Danio rerio), която е стандартен експериментален обект.
Учените получили с помощта на метода CRISPR/Cas9 линии на животни с отключени паралози Hox13 (взети поотделно или заедно). След това изследователите проследили развитието на мутантните животни, както и развитието на хибридите, получени от техните кръстоски с естествения вид. Оказало се, че липсата на работещ ген води до невъзможност да се образуват нормални костни лъчи на перката. Освен това, с помощта на флуоресцентни маркери, авторите изграждат "карта на зачатъците" (Fate Mapping) - схема на ранния ембрион, показваща разположението на участъците, които впоследствие се развиват в специфични органи и тъкани на възрастния организъм.
Тези експерименти направиха възможно да се намери конкретната група от клетки, от които се образуват перките на рибите и крайниците на четириноги и показват, че пръстите се появяват от същите структури като лъчите на перките на костните риби.
Клетките, в които настъпва експресията на Hox13 (маркирани в червено) формират пръстите на четириногите и лъчите на перките на риби. Нокаутирането на гена води до дефекти в развитието им. Най-долу е илюстрирана хипотезата за нарушения, водещи до образуването на мутантни с перки без лъчи (Tetsuya Nakamura et al., 2016)
Учените предполагат, че образуването на лъчите на перките се случва под влиянието на паралози на гена Hox13. Той може да стимулира миграцията на прогениторни клетки (клетки-предшественици) на ендохондриалната (т.е. в рамките на хрущяла) костна тъкан към далечния (дистален) край на бъдещия крайник. Според тази хипотеза, нарушенията на Hox13 води до липса на прогениторни клетки в зародиша на крайника, в резултат на което възрастните риби са без лъчи на перките, които остават само с повърхностни(кожни) костици, възникващи без промежутъчен хрущялен етап.
За разлика от тях, дланта и пръстите на четириногите се състоят само от ендохондриални кости и в ембрионалния стадий се изисква по-интензивна миграция на прогениторните клетки на ендохондриалната тъкан.
"Две са основните тенденции в основата на прехода от перки към крайници на четириногите - усилване на ендохондриалните и загубата на кожните кости", - обобщават авторите. - "Тези тенденции се проследяват и на генетично, и на клетъчно ниво".
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Последни коментари