A mutáns zebrafish egy fordulópontot tár fel a gerinc evolúciójában

A DNS egybetűs változása a halakat is hasznos modelljévé teszi az emberi gerinchibáknak

Egy véletlenszerű mutáció, amely gerinchibákhoz vezetett egy zebrafish-ban, egy kis ablakot nyitott a saját halas múltunkba.

Az emelkedő ötödéves hercegi diplomás hallgató, Brianna Peskin, aki Michel Bagnat sejtbiológiai laboratóriumában az elsőéves rotációja alatt kezdte a projektet, és "folyton visszajött hozzá", csupán azt próbálta kideríteni, hogy ez az egy mutáció miért vezetett fejlesztési problémákhoz egy zebrafish gerincében.

Azt találta, hogy a mutáns halak embrióinak DNS-ében egybetűs változás következik be, amely megváltoztatja a gerincüket alkotó csontok és egyéb struktúrák felépítésének módját, így rövidebb testet és elkínzott kinézetű gerincet kapnak, amely hasadékokat tartalmaz a csigolyájukat kettéválasztva.

A mutáns halak neve spondo, rövidül a spondylos, ami görögül gerinc, és utalás a disondylyra is, arra az állapotra, amikor minden csigolyának két csontos íve van, nem egy.

De ezzel még nincs vége a történetnek.

Amikor Bagnat kutató kollégája, Matthew Harris, a Harvard Medical School-ból mutatott néhány képet a hal mutánsáról a hal paleontológiai kollégájának, Gloria Arratia-nak a Kansasi Egyetemen, azonnal észrevette, hogy a mutánsok nagyon hasonlítanak az ősi halak fosszilis példányaira, amelyek stílusa a gerincoszlop a legtöbb élő halnál kiment a divatból.

"És akkor mindketten nagyon izgatottak voltak, mert észrevették ezeket a hasonlóságokat az ősmaradványok és a mutánsunk között" - mondta Peskin.

Az apró mutáció azt mutatta, hogy a gerinc fejlődésének mindkét receptje még mindig megtalálható a halgenomban.

A teleosztátként ismert csontos halakban a gerinc megépítése egy csőszerű szerkezetre épül, amely a fejlődő embrió hosszában fut, az úgynevezett notochord. A notochord felállítja azokat a mintákat, amelyek csontokhoz és porcokhoz vezetnek a fejlődő gerincben azáltal, hogy kémiai jeleket küldenek, amelyek különböző molekulákat és sejttípusokat vonzanak különböző régiókba - itt csontrészek, porcrészek ott.

Az emberi embriók is notochorddal indulnak, de nem mintázzák a csontos csigolyákat, mint a teleosztatoknál; végül felépíti a porckorongokat a csontok, az intervertebrális korongok között.

A spondo halakban mutált gén a teleosztatokra jellemző, és a mutáns hal notochordja nem úgy állítja be a mintázatot, mint más halakban. Inkább mintázata visszatér ősi formára. Tehát ez a kis különbség a DNS-ben az lehet, hogy a hozzánk hasonló szárazföldi állatok nagyon-nagyon régen elváltak társaságtól a hal őseinkkel.

Míg a zebrafish (Danio rerio) laboratóriumi lóvá vált mindenféle érdekes vizsgálat során, hasznossága az emberi gerincfejlődés modelljeként kétségbe vonható, mert a gerincét másképp növesztik.

De már nem. A kutatócsoport új cikke, amely a Current Biology című folyóiratban jelent meg július 20-án, azt mutatja, hogy a teleosztátok és a szárazföldi állatok tüskéjének növekedése közötti különbség a notochord jelzésére vezethető vissza, amelyet a DNS ezen egybetűs változása tárt fel.

Ez pedig betekintést nyújt számukra az emberi gerinchibák tanulmányozására ezekkel a gyorsan növekvő, áttetsző halakkal, mivel a spondo mutánsok érzékenyek azokra a tényezőkre, amelyekről ismert, hogy emberi gyermekeknél veleszületett gerincferdülést okoznak, a gerinc görbületét.

"Ez a munka nemcsak bepillantást engedett a gerinc evolúciójába, hanem megértette velünk, hogyan áll össze a gerinc az emlősökben" - mondta Bagnat, aki a Duke Medicine School sejtbiológiai docense. "Továbblépve képesek leszünk olyan mutációkkal, mint a spondo, feloldani a gerincferdülés és más gerinchibák összetett genetikáját, amelyek a notochord biológiájában gyökereznek és eddig megoldhatatlanok voltak."

"Összességében ez a tanulmány azt jelenti, hogy a notochord jelek kulcsfontosságúak a gerinc létrehozásában. Ezek a jelek az evolúciós idő alatt megváltoztak, és figyelembe veszik a gerincesek gerinces mintázási stratégiáiban meglévő különbségeket" - mondta Peskin. - Tehát mindannyian halak vagyunk.