Гипотеза песочных часов оказалась верна для отдельных органов млекопитающих
Ученые проследили за эволюцией генетических программ, которые контролируют развитие основных органов в человеке и других млекопитающих. Проанализировав транскриптомы разных видов, они обнаружили, что по мере развития органов активность генов в них становится более разнообразной: на начальных этапах работает отрицательный отбор, а на более поздних — положительный. Результаты исследования, опубликованного в Nature, согласуются с гипотезой песочных часов, проверенной ранее на целых эмбрионах.
Генетические основы эволюции эмбриогенеза изучены довольно слабо. В 19 веке Карл фон Бэр предположил, что в ходе развития эмбрионы разных видов животных обосабливаются друг от друга, постепенно приобретая свои уникальные черты. На основе современных данных этот закон был переработан в гипотезу песочных часов. Она предполагает короткую консервативную стадию в развитии животных. На этой стадии все эмбрионы очень друг на друга похожи, а до и после нее количество возможных межвидовых вариаций гораздо шире. Анализ транскриптомов целых эмбрионов показал, что эта тенденция описывает не только внешние признаки, но и лежащую в их основе активность генов: в определенный момент активность генов между разными видов «синхронизируется». По идее, это общее правило должно быть справедливо и для отдельных органов, закладка которых стартует примерно в «горлышке» песочных часов. Но детальных исследований на эту тему еще не проводилось. Кроме того, разные органы могут иметь разную степень консервативности развития.
Маргарида Карсодо-Морейра (Margarida Сardoso-Moreira) из Университета Гейдельберга и ее коллеги проследили за динамикой развития органов у разных млекопитающих. Авторы статьи проанализировали активность генов сразу в трех «измерениях»: между разными видами, разными органами и разными стадиями развития. Среди подопытных оказались человек, макака, крыса, мышь, кролик, опоссум и курица (птица выступала в качестве контроля), для которых сделали транскриптомы органов, происходящих от всех трех зародышевых листков: мозжечка и больших полушарий (эктодерма), печени (эндодерма), а также сердца с почками, яичниками и семенниками, ведущими свое начало от мезодермального листка. Поскольку длительность развития эмбрионов у каждого из животных своя, для повременного сравнения транскриптомы разложили по 23 универсальным стадиям Карнеги, которые учитывают не время с зачатия или размер, а наличие у эмбриона тех или иных анатомических структур.
Исследователи сравнили полученные транскриптомы между собой и посмотрели на то, чем объясняется разница между образцами. Анализ методом главных компонент показал, что в первую очередь на вид транскриптома влияет то, из какого зародышевого листка сформировался исследуемый образец. Во вторую очередь играет роль стадия развития органа, а уже только потом — то, из какого организма он был взят. При этом все ранние образцы больше похожи друг на друга, чем поздние, что вполне соответствует изначальной гипотезе. Кроме того, авторы выяснили, что гены, активные на ранней стадии органогенеза, чувствительней к функциональным поломкам, причем среди них больше консервативных и важных генов, отключение которых влечет за собой смерть эмбриона. В то же время среди «поздних» генов доля находящихся под положительным отбором больше.
Дополнительно исследователи сверили программы закладки отдельных органов среди видов. Ключевые события в них могут совпадать по стадиям или, наоборот, происходить в разное время. В качестве явного примера такой гетерохронии можно привести беспомощных голубят, у которых созревание органов продолжается и после рождения, в то время как цыплята активны с первого дня жизни — у последних формирование органов уже завершено к моменту появления из яйца. Исследователи сравнили «траектории» активности генов между исследованными млекопитающими и выяснили, что больше всего временных сдвигов допускается при формировании половых органов и печени, а мозги в этом плане наиболее консервативны.
Недавно вышло исследование, посвященное эволюции мозга приматов. Результаты показали, что павианы и колобусы, представители двух разных ветвей мартышковых, получили сходного размера и пропорций мозги независимо.
Вера Мухина
Эти эффекты зависели от пола
Американские исследователи выяснили, что прием каннабидиола беременными мышами связан с нарушениями термической болевой чувствительности, способности к решению задач и возбудимости префронтальной коры мозга у их потомства, причем эти эффекты зависят от пола. Отчет о работе опубликован в журнале Molecular Psychiatry. В странах, где препараты конопли разрешены для медицинского или рекреационного применения, некоторые беременные женщины принимают каннабидиол (второй по количеству каннабиноид после тетрагидроканнабинола) в чистом виде или в составе медицинской марихуаны для борьбы с тошнотой, считая, что это безопасно. При этом каннабидиол, не обладающий психоактивными свойствами, проникает через гематоплацентарный барьер и связывается с многими рецепторами, принимающими участие в развитии мозга, в том числе серотониновыми 5-HT1A, термочувствительными ваниллоидными TRPV1 и калиевыми каналами Kv7. Возможные последствия этого для потомства остаются малоизученными. Чтобы разобраться в этом вопросе, сотрудники из Университета Колорадо под руководством Эмили Энн Бейтс (Emily Anne Bates) вводили внутрижелудочно мышам с пятого дня беременности (примерно конец первого триместра) до родов 50 миллиграмм каннабидиола (высокая доза) в подсолнечном масле на килограмм массы тела ежедневно. Животные из контрольной группы получали только подсолнечное масло. На продолжительность беременности, набор массы тела в течение нее, размер и пол помета прием препарата не влиял. Он и его метаболиты полностью вывелись из плазмы мышат на восьмой день от рождения. Подошвенный тест на аппарате Харгиривза в возрасте 11 недель показал, что после внутриутробного воздействия каннабидиола у потомства мужского, но не женского пола значительно (p = 4,99 × 10-8) понижен порог термической болевой чувствительности. При нокауте гена TRPV1 он не изменялся, а значит, эффект связан именно с этими рецепторами. По данным тестов с темно-светлой камерой и различными лабиринтами, прием каннабидиола во время беременности не влиял на уровень тревожности, компульсивность и пространственную память потомства. В экспериментах с клетками-головоломками выяснилось, что после такого воздействия самки, но не самцы медленнее (p = 0,02) справляются с решением задач, что, вероятно, связано с гиперактивацией 5-HT1A-рецепторов. Электрофизиологическое исследование в возрасте 14–21 дня показало, что у таких самок повышен (p = 0,00007) порог запуска потенциала действия (то есть снижена возбудимость) Kv7-положительных пирамидных нейронов слоя 2/3 префронтальной коры, отвечающей за обучение и исполнительные функции. Плотность, размеры и морфология дендритных шипиков этих клеток затронуты не были, однако амплитуда возбуждающих потенциалов, вызванных активацией глутаматных AMPA-рецепторов, оказалась существенно снижена (p = 0,0009). У самцов подобных изменений не наблюдалось. Полученные данные свидетельствуют о том, что ежедневный прием высоких доз каннабидиола на протяжении последних двух триместров беременности мышами вызывает изменения физиологии нейронов и развития нервной системы у потомства, что в дальнейшем проявляется сенсорными и поведенческими расстройствами, причем эти эффекты зависят от пола животных. Авторы работы намерены уточнить, как на них влияют доза препарата и его прием в отдельные периоды беременности. В 2022 году канадские исследователи сообщили, что около двух процентов их беременных соотечественниц употребляют марихуану, причем это коррелирует с повышенным риском преждевременных родов, низкой массы ребенка при рождении, недостаточным или избыточным весом для гестационного возраста, любых врожденных аномалий, кесарева сечения и гестационного диабета.