Количество белка в рационе матери влияет на черты лица потомства

Международная группа, в которую вошли российские исследователи, получила интересные данные о молекулярных механизмах формирования лицевого скелета в ходе эмбрионального развития. Возникновение индивидуальных черт лица — одна из интригующих загадок биологии, а нарушение этого процесса, приводящие к порокам развития челюстно-лицевого скелета и мягких тканей — серьезная медицинская проблема. На строение лица влияют не только генетические факторы, но и факторы среды; хорошо известный пример — характерные черты лица у детей с фетальным алкогольным синдромом.

У всех челюстноротых животных лицевая часть черепа формируется из клеток нервного гребня. Из них развиваются множественные субпопуляции клеток мезенхимы, которые затем дифференцируются в хондроциты, остеобласты и другие типы клеток. Формы элементов черепно-лицевого скелета в дальнейшем определяются формами этих скоплений мезенхимальных клеток; тонкую настройку осуществляют новые клоны — предшественники хондроцитов, которые возникают из окружающей мезенхимы и встраиваются в определенные участки. В регуляции этих процессов, по-видимому, участвуют тысячи генов и сигнальные пути, такие как hedgehog (HH), путь фактора роста фибробластов (FGF), белков костного морфогенеза (BMPs), WNT, ретиноевой кислоты и тромбоцитарного фактора роста (PDGF). Оставался открытым вопрос, какой из них может опосредовать воздействие средовых факторов.

Авторы статьи в Nature Communications провели полногеномный анализ транскрипции в лицевой мезенхиме человеческих эмбрионов. Для этого использовалось CAGE-секвенирование, которое идентифицирует сайты начала транскрипции. Полученный таким образом список транскрибируемых энхансеров сопоставили со списком генов, идентифицированных в ходе полногеномных поисков ассоциаций (GWAS) с чертами лица человека, чтобы определить те, которые активны в ходе эмбрионального развития. Некоторые из идентифицированных энхансеров были связаны с компонентами регуляторного пути PI3/AKT/mTORC1/аутофагия.

Чтобы подтвердить его роль в развитии лицевого отдела черепа, авторы провели эксперименты с мышами и рыбками данио, воздействуя на PI3/AKT/mTORC1 как генетически, так и фармакологически. Действительно, такие воздействия изменяли строение лицевой части скелета. Активация mTORC1на раннем этапе развития эмбриона мыши или рыбки привела к укрупнению «черт лица», утолщению носового хряща. Подавление этого пути формировало удлиненную морду.

Путь mTORC1 эволюционно консервативен и реагирует на внешние стимулы, в частности, активируется пищевыми аминокислотами и глюкозой. Это позволяло предположить, что именно он опосредует влияние среды на черты лица. Авторы провели ряд экспериментов, в которых варьировали количество белка в рационе беременных мышей. Одна группа получала обычный корм с 20% белка, две другие группы — корм с 4%-ным или 40%-ным содержанием белка. Оказалось, что этот параметр влияет не только на активность пути mTORC1 (она ожидаемо была минимальной при самом малом количестве белка), но и на строение мордочек эмбрионов мышат. Например, на фоне высокобелковой диеты увеличивалась толщина хряща назальной капсулы по сравнению с низкобелковой диетой. Но таких изменений не происходило при отключении сигнального пути mTORC1.

Эти результаты дают важное представление о механизмах, отвечающих за формирование лица в ходе онтогенеза, и, возможно, также о фенотипической пластичности этого процесса, отмечают авторы статьи.

Ретровирус в геноме управляет ходом эмбриогенеза мыши