Сотрудники Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова (ИБХ) РАН совместно с коллегами из Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова 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.

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 Георгиевич 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.

Автор: Снежана Мажекенова.

Автор: Снежана Мажекенова.

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 Георгиевичу и его коллегам удалось обнаружить у представителей нескольких классов позвоночных не известный 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 (определение нуклеотидной последовательности, «кирпичиков» ДНК и РНК) 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 помощью специальных экспериментов исследователи показали, что у миноги этот ген регулирует раннее развитие конечного мозга, то есть выполняет ту же самую функцию, что и у других позвоночных.

«Мы нашли у миноги, самого древнего из ныне живущих позвоночных, гомеобоксный ген Anf/Hesx1», — рассказывает Андрей Георгиевич. — «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.