Ученые нашли ген, отвечающий за пропорции тела

Международная команда ученых опубликовала статью, в которой показывает что ген Oct4, кодирующий белок-регулятор стволовых клеток, отвечает за соотношение размеров шеи туловища и хвоста у позвоночных животных.

Группа исследователей из Португалии, США и Бразилии изучала генетические факторы, отвечающие за пропорции тела, сообщает “N+1”.  У позвоночных животных соотношение длины шеи туловища и хвоста варьируется достаточно широко. Например, змеи почти полностью состоят из туловища, а ее органы распределены по всей его длине на достаточно большом расстоянии друг от друга. В тоже время органы ящерицы скомпонованы очень плотно, а большую часть ее тела занимает хвост.

Для исследования использовались эмбрионы трансгенных мышей. Искусственно полученные мутации приводили к различиям в пропорциях туловища эмбрионов, которые определяются активностью белка   GDF11. Анализируя экспрессию генов в различных отделах эмбрионов, ученые обнаружили ген, ассоциированный с активностью GDF11. Таким образом, ген   Oct4 отвечает за кодировку фермента, регулирующего обновление популяций эмбриональных стволовых клеток.

Чтобы проверить, как ген Oct4 влияет на соотношение длины туловища и хвоста, ученые создали трансгенных мышей с продленной активностью Oct4 в специальных клетках на заднем конце эмбриона, которые отвечают за рост туловища в длину (аксиальных прогениторных клетках). Продленной активности Oct4 оказалось достаточно для увеличения длины туловища у эмбрионов. Кроме того, это привело к изменению активности важных для развития Hox-генов в задней части растущего эмбриона. Поскольку Hox-гены определяют идентичность сегментов тела, такое изменение их активности объясняет связь между их активацией и переходом от туловища к хвосту в ходе роста эмбриона.

Также ученые сравнили активность гена Oct4 у эмбрионов мышей и змей. Оказалось, что в ходе эмбрионального развития Oct4 у змей экспрессируется дольше, чем у мышей. Так, у змей экспрессия Oct4 в заднем конце эмбриона сохраняется на момент начала формирования хвоста. У мышей же к этому моменту активность гена полностью прекращается, в результате чего рост туловища останавливается, сменяясь ростом хвоста.

Чтобы понять, почему ген Oct4 по-разному экспрессируется у змей и мышей, ученые сравнили их геномную организацию. Оказалось, что в результате геномных перестроек у змей и мышей отличается область, непосредственно примыкающая к гену Oct4 и регулирующая его экспрессию. У змей эта область содержит дополнительные энхансерные элементы, которые предположительно усиливают экспрессию гена. Интересно, что сходные элементы были обнаружены и у ящериц. Почему эти элементы связаны с увеличением длины туловища у змей, но не у ящериц, пока остается неясным. Авторы предполагают, что в результате разного геномного окружения эти элементы выполняют разные функции у змей и у ящериц. При этом возможно, что у ящериц именно эти элементы связаны со способностью к регенерации хвоста.