Ученые из Киотского медицинского университета провели уникальный эксперимент: с помощью технологии CRISPR они ввели фрагмент 40-тысячелетней неандертальской ДНК, — архаичный вариант гена GLI3, — в геном лабораторных мышей. Работа опубликована в журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology.
Ученые создали мышь-химеру с ДНК неандертальца
Ученые Киотского медицинского университета впервые внедрили древний вариант гена неандертальца GLI3 в геном мыши, чтобы изучить, как архаичная ДНК влияет на развитие скелета и формирование уникальных черт древних гоминид.
Неандерталец. Википедия
CRISPR — это технология генного редактирования, позволяющая точно изменять ДНК организмов. Она основана на естественной иммунной системе бактерий и использует фермент Cas9, который разрезает ДНК в заданном месте, чтобы вставить, удалить или изменить ген. За разработку метода CRISPR/Cas9 вручена Нобелевскую премию по химии в 2020 году.
GLI3 — ключевой ген, влияющий на развитие скелета. В результате у подопытных мышей были выявлены заметные изменения в строении костей: некоторые из них имели более широкие черепа, необычное количество позвонков и аномалии в структуре ребер, что отражало особенности, характерные для древних гоминид.
Эти изменения не были случайными, а указывали на конкретные структурные отличия, когда-то существовавшие у вымерших видов homo. При этом жизненно важные функции гена не были нарушены: древний вариант GLI3 не вызвал серьезных дефектов развития, а лишь тонко скорректировал работу генов, отвечающих за формирование костей.
Неандерталец и лабораторная мышь.
Как повлиял ген на развитие костей
Проявления изменений зависели от общего генетического фона мышей: у одних наблюдалось формирование дополнительных ребер, у других — ускоренное сращение черепных пластин. При этом ни у одной мыши не возникло полидактилии (лишних пальцев), что часто бывает при серьезных мутациях GLI3.
Это говорит о том, что архаичный вариант сохранял основные функции современного гена, изменяя лишь отдельные черты скелета, вероятно, аналогично тому, как это происходило у неандертальцев.
75 случаев варианта R1537C в современной популяции людей. Современные геномы человека за пределами Африки содержат 1–4% ДНК, полученной от неандертальцев, в то время как примерно 6% меланезийских геномов получены от денисовцев. Однонуклеотидный полиморфизм (SNP), соответствующий варианту R1537C, также существует в современной популяции людей. Частота аллеля варианта R1537C (аллель A) варьируется от самой высокой в европейской популяции 80 (3,7% -7,7%) до самой низкой в африканской популяции (0,8% -2,1%)
Вариант гена GLI3 — R1537C — до сих пор встречается у некоторых людей вне Африки с частотой 3,7–7,7%. В экспериментах на человеческих клетках этот вариант также влиял на экспрессию генов, связанных с ростом костей.
Исследование доказывает, что даже небольшие изменения в древних генах могут оказывать заметное влияние на анатомию, а остатки архаичной ДНК продолжают вносить разнообразие в современный человеческий генофонд. Ученые считают, что работа расширяет понимание того, как древние мутации могли формировать уникальные черты наших предков, и подчеркивает важность изучения архаических генов для понимания эволюции человека.