Минога помогла узнать, как у человека появился мозг

Сотрудники Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН совместно с коллегами из Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН обнаружили у миноги, самого древнего из ныне живущих позвоночных, гомеобоксный ген Anf/Hesx1. Опубликованные в журнале Scientific Reports результаты исследования подтверждают гипотезу ученых о том, что появление этого гена у позвоночных создало условия для возникновения конечного мозга. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Конечный мозг — самый передний отдел головного мозга, характерный только для позвоночных, в том числе и для человека. Именно из этого отдела развиваются такие важнейшие структуры, как большие полушария мозга.

«Все остальные типы многоклеточных животных не имеют выраженных анатомических структур, схожих с конечным мозгом позвоночных, — объясняет Андрей Зарайский, доктор биологических наук, профессор, руководитель Лаборатории молекулярных основ эмбриогенеза ИБХ РАН. — Это означает, что конечный мозг возник в эволюции только у предков современных позвоночных».

Появление в ходе эволюции у позвоночных конечного мозга ученые называют ароморфозом, то есть крупным эволюционным изменением, которое приводит к общему повышению уровня организации организма. В связи с этим вопрос о генетических механизмах, лежащих в основе этого процесса, становится очень важным. Андрею Зарайскому и его коллегам удалось обнаружить у представителей нескольких классов позвоночных неизвестный ранее гомеобоксный (вовлеченный в регуляцию развития) ген Anf/Hesx1, отвечающий за включение программы развития конечного мозга. На основании факта его отсутствия у всех исследованных беспозвоночных ученые предположили: формирование конечного мозга позвоночных связано с появлением у их предков гомеобоксного гена Anf/Hesx1.

Для подтверждения этой гипотезы необходимо было продемонстрировать наличие гена Anf/Hesx1 во всех классах позвоночных. Однако до сих пор его не удавалось обнаружить у бесчелюстных (миноги и миксины), представителей самого древнего из ныне живущих классов. Недавно проведенное другими авторами секвенирование генома миноги также не выявило у этих животных гена Anf/Hesx1. Для его идентификации команда профессора Зарайского использовала специальные подходы, основанные на высокоточном выделении РНК из клеток зачатка конечного мозга эмбриона миноги. В результате им удалось клонировать Anf/Hesx1 у трех видов этих животных. Параллельно с этим с помощью специальных экспериментов исследователи показали, что у миноги этот ген регулирует раннее развитие конечного мозга, то есть выполняет ту же функцию, что и у других позвоночных.

«Мы нашли у миноги, самого древнего из ныне живущих позвоночных, гомеобоксный ген Anf/Hesx1, — рассказывает Андрей Зарайский. — Это открытие очень важно для подтверждения нашей ранее выдвинутой гипотезы. Мы считаем, что ключевым событием в создании условий для возникновения у позвоночных, в том числе и у нас с вами, конечного мозга было появление у их предков гена Anf/Hesx1».

Подтверждение того, что этот ген выполняет у миноги ту же функцию, что и у остальных позвоночных, говорит об универсальности механизма раннего развития конечного мозга.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.