Человек потерял хвост из-за мобильных элементов

Для многих видов млекопитающих характерно наличие хвоста, но не для человека или человекообразных обезьян. Ученые из США выявили вероятный механизм потери хвоста в ходе эволюции. Препринт с результатами исследования был опубликован в базе bioRxiv.

Авторы исследовали последовательность 31 гена, связанного с развитием хвоста, у человека и их ортологи у приматов. В интроне 6 гена TBXT обнаружили мобильный элемент Alu. Этот ген кодирует высококонсервативный транскрипционный фактор, играющий важную роль в эмбриогенезе. Гетерозиготные мутации в кодирующих последовательностях этого гена у мышей, рыбки данио и собак приводят к отсутствию или укорочению хвоста. Найденный мобильный элемент относился к эволюционно молодому подсемейству AluY, общему для гоминоидов и обезьян Старого Света.

На первый взгляд AluY никак не должен влиять на экспрессию TBXT. Но вскоре в интроне 5 того же гена обнаружили другой Alu — AluSx1, закодированный в обратном направлении. Вместе эти элементы образуют пару. Авторы предположили, что из-за двух Alu в пре-мРНК TBXT может образовываться структура стебель-петля, что выведет экзон 6 из игры и вызовет образование второй, более короткой изоформы — TBXT-Δexon6. Предположение подтвердили in vitro.

В опытах на эмбриональных стволовых клетках человека авторы подтвердили, что оба мобильные элемента необходимы для того, чтобы произошел альтернативный сплайсинг и образовалась укороченная форма TBXT. Для этого они использовали CRISPR/Cas9-систему.

Также ученые проверили, достаточно ли одного присутствия TBXT-Δexon6 для того, чтобы у мыши исчез хвост. У мыши и человека последовательность генов TBXT совпадает на 91%. Поэтому для симуляции наличия двух Alu у мыши просто удалили экзон 6 в одной из копий гена TBXT.

Морфология таких мышей была очень разнообразной, у некоторых хвоста не было вовсе, у других он был короче нормы, длина при этом варьировала. В последующих поколениях также не проявился устойчивый фенотип; у короткохвостых родителей могли быть длиннохвостые потомки, а у длиннохвостых — короткохвостые. Тем временем делеция в гомозиготе была летальной для мыши: эмбриональное развитие останавливалось или спинной мозг формировался с серьезными нарушениями.

Авторы предполагают, что одного только наличия короткой формы TBXT недостаточно для полной и устойчивой потери хвоста, но присутствие мобильных элементов Alu — это ключевое событие в этом процессе. Они в очередной раз подчеркнули важную роль, которую играют мобильные элементы в ходе эволюции.

До сих пор неясно, какое преимущество получили гоминоиды, потеряв хвост. Польза должна быть весьма существенной, ведь есть свидетельства того, что наличие короткой формы TBXT провоцирует развитие врожденных дефектов спинного мозга.