Новое исследование Института эволюционной биологии Общества Макса Планка раскрыло, как ген MN1 эволюционировал, формируя и мозг, и череп в процессе эмбриогенеза. Это открытие имеет большое значение для понимания эволюции и развития, а также врождённых дефектов. Работа [опубликована](https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2416061122) в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Мозг и череп — биологическое единство
Мозг и череп растут и формируются вместе в идеальной координации на ранних этапах развития. Это не просто совпадение. За миллионы лет эволюции мозг и череп адаптировались вместе, формируя друг друга для обеспечения защиты, функций и выживания. Учёные давно наблюдали эту связь, но генетические инструкции, управляющие синхронным ростом, и эволюция этих инструкций оставались в значительной степени неизвестными до недавнего времени.
Открытие исследователей
Исследователи из Института эволюционной биологии Общества Макса Планка (независимая группа Evolutionary Developmental Dynamics под руководством доктора Маркетой Каука) обнаружили, что ген MN1, первоначально связанный с опухолями головного мозга и лейкемией, фактически эволюционировал сотни миллионов лет назад у примитивных беспозвоночных животных.
С началом эры позвоночных, у животных, обладающих более сложным мозгом и черепом, ген претерпел структурные изменения и стал незаменимым для развития позвоночных.
Эволюция MN1
Команда исследователей проследила происхождение MN1 до примитивных беспозвоночных животных. Хотя структура гена у беспозвоночных отличается, основная последовательность MN1 была сохранена в ходе эволюции позвоночных. У челюстных позвоночных MN1 приобрёл новый короткий экзон, кодирующий С-концевой домен, который стал необходим для его функции в развитии мозга и формировании черепа.
Роль MN1 в развитии
Команда, изучающая эволюцию процессов развития, обнаружила, что MN1 помогает формировать эмбриональный мозг на ранних этапах развития и, в свою очередь, контролирует формирование черепных костей. Без MN1 сегментация мозга нарушается, черепные нервы формируются аномально, а кости черепа развиваются неправильно — это напоминает дефекты, наблюдаемые при таких человеческих синдромах, как расщелина нёба, деформации черепа и задержки нейроразвития.
Влияние на уровни ретиноевой кислоты
Примечательно, что эти проблемы перекликаются с ранее наблюдаемыми эффектами изменения уровней ретиноевой кислоты. Команда показала, что MN1 контролирует уровни ретиноевой кислоты, жизненно важной молекулы в развитии эмбриона, и паттерны экспрессии генов Hox, которые действуют как своего рода план, направляя развитие тела эмбриона вдоль оси «голова-хвост». Это связывает функцию MN1 с известными древними сигнальными путями.
Значение открытия
Таким образом, открытие проливает свет на то, как позвоночные развили две определяющие особенности — мозг и череп, и как один ген помогает синхронизировать их формирование и рост. Исследование также раскрывает более широкую концепцию — как эволюция генов позволяет им интегрироваться в древние молекулярные системы и стимулирует инновации и макроэволюционные переходы.
Практическое значение
Результаты также предлагают объяснение того, почему некоторые пациенты с лейкемией плохо реагируют на терапию ретиноевой кислотой. Пациенты с высоким уровнем MN1 демонстрируют устойчивость к лечению, вероятно, из-за того, что MN1 обеспечивает быструю деградацию препарата, предотвращая его действие. Исследование также выявляет связь с многочисленными человеческими расстройствами, где усечения и мутации в MN1 были связаны с нейроразвивающими и черепно-лицевыми синдромами.
Источник
Max Planck Society.