Ученые нашли ген — удлинитель туловища

Группа ученых из Португалии, США и Бразилии обнаружила ген, отвечающий за длину туловища у позвоночных животных. Им оказался Oct4, кодирующий белок-регулятор стволовых клеток. Статья опубликована в журнале Developmental Cell.

Целью исследования был поиск механизма, регулирующего соотношение сегментов тела у позвоночных животных: шеи, туловища и хвоста. Это соотношение широко варьирует у разных животных. Змеи представляют экстремальный пример неравного соотношения сегментов тела, поскольку они почти целиком состоят из длинного туловища с органами, распределенными по всей его длине. При этом длинное туловище змей не является простым следствием длины их тела: другие длинные животные — например, некоторые ящерицы — в основном «состоят» из хвоста, а их туловище остается относительно коротким.

Для поиска такого механизма авторы изучали эмбрионы мышей, мутантных по фактору роста и дифференцировки GDF11. У таких эмбрионов наблюдалась нетипичная длина туловища: в зависимости от типа мутации, оно было либо слишком длинным, либо вовсе отсутствовало, делая эмбрионы нежизнеспособными. Анализируя экспрессию генов в различных отделах эмбрионов, авторы обнаружили ассоциированный с активностью GDF11 ген Oct4. Этот ген кодирует транскрипционный фактор, регулирующий 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.