Секрет формы современных лиц оказался скрыт в ДНК неандертальцев
Ученые из отдела генетики человека MRC в Институте генетики и рака при Эдинбургском университете (Великобритания) нашли способ понять, как формируется человеческое лицо, исследуя ДНК наших древних родственников — неандертальцев. Статья с результатами работы опубликована в журнале Development.
Взгляд в прошлое через геном
Каждое человеческое лицо уникально, но механизмы, создающие различия между людьми, остаются малоизученными. Сравнение с неандертальцами помогает увидеть, как эволюционные изменения отражаются в морфологии. Лица неандертальцев отличались массивными нижними челюстями, широкими носами и выдающимися надбровными дугами, что контрастирует с более деликатными чертами современного человека.
«Геном неандертальца на 99,7% идентичен человеческому, и несмотря на малую разницу, именно она может объяснять существенные морфологические различия», — поясняет Ханна Лонг, руководитель исследования
Ключ к челюсти
Ученые сосредоточились на участке ДНК, связанной с синдромом Пьера Робена — редкой аномалией, при которой нижняя челюсть недоразвита. В этом небольшом сегменте генома между неандертальцем и человеком всего три нуклеотидных различия, но именно они регулируют активность гена SOX9. Этот ген является главным координатором развития лицевых костей, влияя на рост нижней челюсти и формирование других черт лица.
Чтобы проверить роль этих различий, исследователи использовали эмбрионы данио-рерио — прозрачных и быстро развивающихся рыбок, которые позволяют наблюдать активность генов в живых клетках и моделируют процессы развития у человека.
На рисунке (С) показано, как у рыбы за несколько дней формируется лицо — примерно так же, как у человеческого эмбриона на ранних стадиях, только у нас это растягивается на недели.
В микроснимках (D) видно: почти все клетки с зеленым светом (человеческий ген) уже начали превращаться в хрящ — они светятся и желтым.
График (Е) подтверждает: 96% таких клеток точно попали в нужное место — будущую челюсть.
Они вставили в клетки либо человеческую, либо неандертальскую версию участка ДНК и наблюдали, как активируются клетки, участвующие в формировании нижней челюсти. Неандертальская версия оказалась более активной, стимулируя рост клеток и увеличивая площадь тканей, что соответствует крупной нижней челюсти наших древних родственников.
«Мы были воодушевлены, когда увидели, что неандертальская ДНК усиливает активность генов именно там, где формируется челюсть. Это показало, что изменения в ДНК напрямую влияют на морфологию», — говорит Лонг
Методы и технологии
Помимо использования эмбрионов данио-рерио, исследователи применяли передовые методы флуоресцентной визуализации. Разные участки генома кодировали флуоресцентные белки разных цветов, что позволяло наблюдать активность человеческой и неандертальской ДНК в реальном времени. Такой подход позволил точно определить, где и когда включаются ключевые гены в процессе формирования лица.
Кроме того, исследователи сопоставили результаты с существующими данными о генетических заболеваниях, связанных с аномалиями лица. Это помогает понять, как эволюционно приобретенные различия в геноме могут влиять на риски врождённых нарушений у современных людей.
Эволюция и значение для науки
Изучение ДНК вымерших видов дает уникальную возможность понять, какие механизмы развития лица были унаследованы, а какие изменились за миллионы лет.
«Сравнение с неандертальцами позволяет увидеть эволюционные следы, заложенные в наших генах. Мы можем понять, почему современные лица приобрели свои характерные пропорции и черты», — объясняет Лонг.
Исследование также имеет практическое значение. Понимание того, как регулируется активность SOX9 и других генов, может помочь в диагностике и изучении врожденных лицевых аномалий, улучшая подходы к лечению и моделированию развития лицевых костей в лаборатории.
