Мутация, унаследованная от неандертальцев, способствует набору мышечной массы

Неандертальцы, как правило, были более крепкого телосложения, чем большинство современных людей, и отличались характерными особенностями скелета. Основную роль в регуляции его развития играет гипоталамо-гипофизарно-соматотропная ось и ее ключевой гормон — соматотропин. Международная группа ученых описала неандертальские варианты в рецепторе гормона роста и показала, что эти же варианты у современных людей связаны с более крепким телосложением, высоким ростом и набором мышечной массы.

Авторы статьи в Current Biology проанализировали различия между геномами современного человека и неандертальцев. Они искали характерные для неандертальцев варианты в восьми генах, кодирующих ключевые компоненты гипоталамо-гипофизарно-соматотропной оси: соматотропин, соматолиберин, соматостатин и грелин, а также рецепторы каждого из них. 

Чтобы показать, что современный гаплотип возник как неандертальская примесь, необходимы три важных признака. Во-первых, он должен практически отсутствовать в популяциях к югу от Сахары, поскольку там не происходило скрещивания неандертальцев и людей современного типа. Во-вторых, должно быть маловероятным его наследование от общего предка современных людей и неандертальцев. Наконец, необходимо высокое сходство с неандертальскими последовательностями. 

Уже было показано, что в гене рецептора соматотропина (GHR) у неандертальцев присутствует делеция, затрагивающая третий экзон. Теперь ученые подтвердили, что 12 архаичных геномов (десяти неандертальцев и двух денисовцев) гомозиготны по этой делеции. Кроме того, сайт сращивания, который образовался в результате такой делеции, обнаружился в геномах шести древних (от 8000 до 45000 лет) людей современного типа с территории Евразии.  

Проанализировав три генома неандертальцев, секвенированные с высоким покрытием, авторы обнаружили, что все три гомозиготны по двум вариантам в том же гене — C422F и P561T. Обе мутации находятся в 10-м экзоне GHR. Как выяснилось далее, в современных геномах они всегда встречаются вместе, присутствуют с частотой 0,5% в Европе, 2% в Америке, 15% в Восточной Азии и 20% в Южной Азии, а также и отсутствуют в геномах жителей стран Африки к югу от Сахары (исследователи не нашли их в 504 таких геномах из проекта «1000 геномов»). Все это указывает на то, что такой гаплотип возник у современных людей в результате смешения с неандертальцами и согласуется с независимыми данными об интрогрессии неандертальского гаплотипа в этом локусе.

Затем авторы проанализировали влияние неандертальского гаплотипа GHR на рост и вес. Они изучили данные более 1 млн взрослых людей из пяти биобанков и 6,6 тысяч детей. Взрослые люди с неандертальскими вариантами оказались в среднем на 0,3 см выше и весили на 285 г больше; разница, хотя и небольшая, была статистически значимой. А вот у детей до 11 лет неандертальский вариант GHR не влиял на рост и вес. 

Больший вес носителей неандертальского варианта GHR объяснялся увеличением мышечной массы в конечностях (на 150 г) и безжировой ткани туловища (121 г). Эти отличия суммируются в общее среднее увеличение веса. 

Дополнительно авторы проанализировали данные Тайваньского биобанка, чтобы оценить особенности мышц у людей азиатского происхождения, где этот гаплотип распространен. Неандертальский вариант был ассоциирован со средним увеличением обхвата бедер на 0,14 см, но не с повышенным содержанием жира в организме.

Увеличение роста и мышечной массы у носителей неандертальского GHR связаны с усилением сигнала через этот рецептор. Они провели опыты на клеточной линии Ba/F3, в которой экспрессировали один из двух вариантов GHR (исходно этот ген отсутствовал вовсе). Оказалось, что клетки с неандертальским вариантом росли быстрее — через пять дней из было на 39% больше, чем клеток с современным рецептором. Проанализировав каждый из вариантов по отдельности, авторы пришли к выводу, что эффект объясняется заменой P561T.

Однако как неандертальская замена влияет на сигнал? Чтобы это выяснить, авторы проанализировали локальную вторичную структуру и кинетику фосфорилирования каждого из вариантов рецептора. Они показали, что двухступенчатая кинетика, состоящая из быстрой и медленной фазы, отличалась — в медленной фазе скорость фосфорилирования неандертальского варианта рецептора была на 11% ниже. Предположительно, это приводит к более длительной передаче сигнала и, как следствие, к более высокой общей активности рецептора.

«Как человек, занимающийся кроссфитом, я была рада тому, что генетика неандертальцев и мышечная масса сошлись в одном исследовании, — комментирует второй автор работы Мириам Беррайтер, аспирантка кафедры физиологии и фармакологии Каролинского института. — Но даже неандертальский рецептор гормона роста не может заменить тренировки».

Гены неандертальцев влияют на размеры зубов современных людей