Studie odhaluje gen, který hraje klíčovou roli ve vývoji končetin

Vědci z University of Kentucky College of Medicine byli součástí nové studie, která poskytuje pohled na to, jak se vývoj končetin vyvíjel u obratlovců.

Zjištění, publikovaná v Current Biology 4. října, identifikují gen, který hraje ústřední roli ve vývoji vývoje končetin u obratlovců. Manipulací tohoto genu u myší byli vědci schopni aktivovat rodovou formu vývoje končetin pozorovanou u raných tetrapodů (čtyřnohých obratlovců).

V končetinách všech tetrapodů se nejprve tvoří kosti na rukou a nohou na vnějším okraji, známé jako postaxiální vývoj. Studie se zaměřuje na mloky, které jsou jedinou výjimkou z tohoto pravidla: jejich končetinové kosti se vyvíjejí preaxiálně, nebo z vnitřního okraje; palec před malíčkem.

Vědci se více než 100 let zajímali, zda se preaxiální vývoj u mloků vyvinul jedinečně. Nyní chápeme, že je to předek postaxiálního režimu pozorovaného u všech ostatních tetrapodů. Mloci nejsou neobvyklí, jednoduše si zachovali rodový mechanismus vývoje končetin obratlovců.

Randal Voss, Ph.D., spoluautor studie, profesor univerzitního výzkumu na katedře neurovědy a ředitel genetického akciového centra Ambystoma

Voss, který studuje jedinečnou schopnost salamandrů regenerovat části těla včetně končetin, se spojil s hlavní řešitelkou Susan Mackem, MD, Ph.D., s Centrem pro výzkum rakoviny Národního institutu pro výzkum rakoviny, jehož výzkum se zaměřuje na signální sítě zapojené do končetin rozvoj.

U myší i axolotlových mloků vědci manipulovali s funkcí Gli3, genu, o kterém je známo, že je důležitý při regulaci vzorce vývoje končetin. Myši s nadbytečnou aktivitou represoru GLi3 se vrátily k vývoji preaxiálních končetin -; stejně jako mloci. Naopak, když byl Gli3 „vyražen“ u mloků, vyvinuly se jim končetiny postaxiálně, jako myši a všichni ostatní tetrapodi.

„Z evolučního hlediska jsme v zásadě udělali na myších to, že jsme vrátili genovou formu vývoje končetin pomocí genové manipulace, což dokazuje, že Gli3 byl klíčem k posunu od preaxiálního vývoje pozorovaného u raných tetrapodů,“ řekl Voss.

Výsledky jsou významné pro vývojové a evoluční biology, včetně paleontologů, kteří nedávno identifikovali fosilie, které podporují myšlenku, že preaxiální vývoj končetin je rodovým způsobem vývoje končetin u obratlovců. Poskytují také pohled na evoluční otázky týkající se přechodu od ploutví, když obratlovci získali končetiny a přesunuli se na pevninu.

V budoucnu nálezy z této práce také pomohou zodpovědět otázky týkající se regenerace končetin, říká Voss. Salamandři jsou jedním z mála čtyřnohých zvířat, která mohou končetinu plně regenerovat poté, co ji ztratila, a vědci navrhli, že je tato schopnost spojena s jejich zachovaným preaxiálním vývojem.

Voss nyní plánuje studovat regeneraci končetin u mloků, které jeho laboratoř geneticky zmanipulovala pro postaxiální vývoj.