Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома

Количество пальцев на руках — одна из характеристик, контролируемых этим морфогеном. Если уровни экспрессии данного белка не те, какие надо, ребенок появляется на свет с лишними пальцами. Более десятка лет назад ученые обнаружили, что некоторые случаи излишней многопалости вызваны весьма небольшим генетическим изменением. Оно затрагивает не сам ген, кодирующий морфоген, а участок мусорной ДНК, находящийся примерно за миллион пар нуклеотидных оснований от него. Исследователи выявили это изменение в огромном голландском семействе, где наличие лишних пальцев явно наследовалось из поколения в поколение как генетическая черта. У всех 96 человек, которых затронула эта аномалия, оказалось измененным (точнее, замененным) лишь одно-единственное нуклеотидное основание мусорной ДНК. Вместо основания Ц у этих людей обнаружилось основание Г. При этом среди их родственников с нормальным числом пальцев никто не мог похвастаться наличием основания Г в этой же позиции. Изменения одного нуклеотидного основания также обнаружились у других семей, где отмечались случаи шестипалости. Эти изменения отмечались в том же регионе генома, что и у вышеописанной голландской семьи, но на расстоянии 200-300 пар².

Мусорный регион, где обнаруживаются эти единичные изменения оснований, — энхансер этого морфогенного гена[45]. Чтобы тело формировалось правильно, осуществляется жесткий пространственный и временной контроль данного морфогена при помощи целого набора регуляторов. У людей с упомянутой мутацией и с лишним пальцем деятельность энхансера, как выяснилось, не совсем соответствовала норме. Влияние этого крохотного изменения на один-единственный регулятор показывает, как тонко настроен механизм контроля и какую важную роль он играет.

Вот вам подсказка для еще одной викторины. Какая связь существует между шестипалыми голландцами, которые испытывают затруднения при покупке перчаток, и одной из величайших фигур в американской литературе XX столетия? Ну? Сдаетесь? Видите ли, в 1930-е годы один капитан подарил Хемингуэю котенка. На передних лапах у него оказалось не по 5 пальцев, а по 6. В доме Хемингуэев теперь живет около 40 потомков этого котенка, и примерно у половины из них 6 пальцев на каждой из передних лап. В Сети полно фотографий этих симпатяг³. Выглядят они одновременно и очень мило, и слегка устрашающе. Лишний отросток напоминает большой палец человеческой руки, и из-за него кошки приобретают какой-то неприятно-пронырливый вид.

Та же научная группа, выявившая изменение в энхансерной области генома шестипалых людей, показала: эта же область изменена и у хемингуэевских кошек. Встраивая данный энхансер в геном другого зверька, они подтвердили, что такое изменение сказывается на экспрессии упомянутого морфогена. У подопытного животного наблюдалась сверхэкспрессия морфогена, и на каждой передней лапе формировался лишний палец. Забавно: эффект продемонстрировали, встроив кошачью ДНК в мышиный эмбрион. Оригинальная игра в кошки-мышки⁴.

Кошки с избыточным количеством пальцев на передних лапах обнаруживались и в других странах, не исключая и Великобритании. У британских кошек-шестипалок наблюдается изменение в том же энхансере, однако это несколько иное изменение. Оно располагается за две пары нуклеотидных оснований от «хемингуэевского» и затрагивает мотив из трех пар нуклеотидных оснований, сохраняющийся практически неизменным в ходе эволюции. Энхансерная область, влияющая на возникновение лишних пальцев на передних/верхних конечностях кошек и людей, имеет в длину примерно 800 пар нуклеотидных оснований, и основная ее часть почти неизменна на всем протяжении эволюционного древа от рыб до человека. Это заставляет предположить, что система контроля развития конечностей — очень древняя.

Морфогены и развитие лица

Морфоген, отвечающий за формирование пальцев, играет важнейшую роль и в других процессах развития. Среди них — формирование структуры лица и передней части мозга. Эффект каких-то нарушений здесь может оказаться сравнительно слабым, приведя всего лишь к возникновению заячьей губы. Однако при более серьезном нарушении экспрессии данного морфогена лицо и мозговые структуры будут складываться совершенно аномальным образом. В наиболее острых случаях младенцы появляются на свет с единственным глазом, который к тому же расположен посреди лба, и в их мозге присутствуют опаснейшие дефекты. Такие дети не выживают.