Еднобуквената промяна в ДНК също прави рибата полезен модел за човешки гръбначни дефекти

Една случайна мутация, довела до гръбначни дефекти при риба зебра, отвори малък прозорец към нашето собствено рибно минало.

мутантът

Нарастващата пета година аспирантка на Херцог Брайана Пескин, която стартира проекта по време на първата си ротация в лабораторията за клетъчна биология на Мишел Багнат и „някак си продължаваше да се връща към нея“, просто се опитваше да разбере защо тази една мутация доведе до проблеми в развитието в гръбначния стълб на зебра.

Това, което тя открива, е, че ембрионите на мутантните риби имат еднобуквена промяна в своята ДНК, която променя начина, по който изграждат костите и други структури, изграждащи гръбначния им стълб, оставяйки ги с по-късо тяло и измъчен изглеждащ гръбнак, който съдържа цепнатини разделяйки прешлените им наполовина.

Мутантните риби са наречени spondo, съкратено от spondylos, което е гръцки за гръбначния стълб, а също и препратка към dispondyly, състояние, при което всеки прешлен има две костни дъги, а не една.

Но това не е краят на историята.

Когато колегата изследовател на Багнат Матю Харис от Медицинското училище в Харвард показа няколко снимки на гръбначния стълб на мутант на колега по рибна палеонтология Глория Аратия от Университета в Канзас, тя веднага забеляза, че мутантите много приличат на изкопаеми екземпляри от риби от предците, чийто стил на гръбначния стълб излезе от мода при повечето живи риби.

"И тогава и двамата се развълнуваха наистина, защото забелязваха тези прилики между изкопаеми екземпляри от предците и нашия мутант", каза Пескин.

Малката мутация показа, че и двете рецепти за развитие на гръбначния стълб все още се намират в рибния геном.

При костните риби, известни като телеости, изграждането на гръбначния стълб разчита на тръбоподобна структура, която преминава по дължината на развиващия се ембрион, наречен нотохорд. Нотохордът определя моделите, които водят до съчленени кости и хрущяли в развиващия се гръбначен стълб, като изпраща химически сигнали, които привличат различни молекули и типове клетки в различни региони - костни части тук, хрущялни части там.

Човешките ембриони също започват с нотохорд, но той не моделира костните прешлени по начина, по който го прави при телеости; завършва изграждането на хрущялни шайби между костите, междупрешленните дискове.

Генът, който е мутирал в рибите спондо, е уникален за телеости и нотохордът на мутантната риба не настройва модела по начина, по който го прави при другите риби. По-скоро нейното моделиране се връща към родова форма. И така, тази малка разлика в ДНК може да е там, където сухоземните животни като нас са се разделили с нашите рибни предци много, много, много отдавна.

Докато зебрата (Danio rerio) се превърна в лабораторен работен кон за всякакви интересни проучвания, полезността му като модел за развитие на човешкия гръбначен стълб е под съмнение, тъй като те растат гръбнака си по различен начин.

Но вече не. Новият доклад на изследователския екип, който се появява на 20 юли в Current Biology, показва, че разликата между начина, по който телеостите и сухоземните животни отглеждат бодлите си, се свежда до сигнализиране от нотохорда, което беше разкрито от тази промяна в ДНК с една буква.

И това от своя страна им дава представа да изследват човешки гръбначни дефекти с тези бързорастящи, полупрозрачни риби, тъй като мутантите спондо са чувствителни към фактори, за които е известно, че причиняват вродена сколиоза при човешки деца, изкривяване на гръбначния стълб.

„Тази работа не само ни даде поглед към еволюцията на гръбначния стълб, но също така ни накара да разберем как се сглобява гръбначният стълб при бозайниците“, каза Багнат, който е доцент по клетъчна биология в Медицинското училище на Дюк. "Продължавайки напред, ще можем да използваме мутации като спондо, за да разгадаем сложната генетика на сколиоза и други дефекти на гръбначния стълб, които се коренят в биологията на нотохорда и досега са били неразрешими."

"Като цяло това проучване означава, че нотохордовите сигнали са ключови за установяването на гръбначния стълб. Тези сигнали са се променили с течение на еволюцията и отчитат разликите, които съществуват в стратегиите за моделиране на гръбначния стълб при гръбначните животни", каза Пескин. "Значи всички сме риби в края на краищата."