Одна из пород домашних кроликов известна нарушениями в координации движений: чтобы компенсировать недостаточную синхронизацию задних лапок, кролики при ходьбе полностью поднимают заднюю часть и передвигаются только на передних. Биологи нашли ген, соответствующий этому расстройству и показали, что он влияет на формирование вставочных нейронов в спинном мозге животных. Работа опубликована в PLOS Genetics.
Хорошо скоординированные движения конечностями для животных – вопрос жизни и смерти (и успешного размножения). Обработка получаемой информации (визуальной, слуховой, вестибулярной) и соответствующие двигательные команды, посылаемой нервной системой, формируют походку животного. Расположенная в спинном мозге нейронная сеть – центральный генератор упорядоченной активности – управляет ритмом движений, активностью мышц-сгибателей и разгибателей, а также координирует движения правых и левых конечностей. Многие млекопитающие могут менять свою походку в зависимости от необходимой скорости и рельефа, выбирая ходьбу, рысь или галоп.
Походка различается у разных видов животных: кто-то передвигается на двух конечностях, кто-то на четырех; кто-то чередует правые и левые конечности, у кого-то их движения синхронизированы (например, во время прыжков у зайцев или кенгуру). Исследователи часто интересуются биомеханикой, морфолофологическими и физиологическими адаптациями, которые характеризуют разные способы передвижения у животных. Однако генетические и молекулярные механизмы, которые объясняют различия между движениями отдельных особей и представителями разных видов, редко попадают в поле зрения ученых.
Среди млекопитающих кролики и зайцы особенно выделяются своим скачкообразным способом передвижения. Их передние лапы сгибаются и разгибаются поочередно, а задние – синхронно, вместе, с большей амплитудой, что и позволяет этим животным прыгать. Одна из пород одомашненных кроликов, альфорский прыгун (sauteur d'Alfort), известна своим странным способом передвижения. Когда таким кроликам требуется небольшая скорость, они слишком сильно поднимают свои задние лапы. На большой же скорости задние лапы не синхронизируются, и альфорские прыгуны так и не могут прыгать. Расстройство сильно снижает эффективность передвижения, и кролики по-особому адаптировались: ради длительной или более быстрой ходьбы животные стали поднимать свои задние лапы и ходить только на передних, как акробаты.
К сожалению, это не единственная проблема, с которой сталкиваются представители породы. Кролики рождаются слепыми из-за дисплазии сетчатки. Фенотип альфорских прыгунов, который включает в себя особенности походки и поражения глаз, контролируется одной-единственной аутосомной рецессивной аллелью (sam). Ученые из Университета Порту и Уппсальского университета под руководством Лейва Андерссона (Leif Andersson) изучили генетический механизм, лежащий в основе необычной походки альфорских прыгунов. Исследователи провели эксперимент, который позволяет определить генетические маркеры, связанные с тем или иным мутантным фенотипом. Альфорских прыгунов скрестили с особями другой породы и провели полногеномное секвенирование второго поколения потомства.
Внимание ученых привлек один участок, который был свойственен прыгунам, и который, предположительно, должен был содержать искомую мутацию. Участок размером 5,4 миллионов пар нуклеотидов подробно проанализировали на предмет единичных замен, вставок или удалений нукледотидов, а также более крупных структурных изменений. Оказалось, что мутация в гене RORB приводит к неправильному сплайсингу, то есть неправильному формированию зрелой матричной РНК, по которой синтезируется соответствующий белок. Этот же участок гена оказался консервативным: его нашли еще у 70 плацентарных животных, генетическая информация которых была доступна авторам работы. Также известно, что мыши с удаленным геном Rorb тоже испытывают проблемы с сетчаткой и координацией движений: у них проявляется «утиная» походка.
Дальнейшие эксперименты показали, что из-за у кроликов с этой мутацией сильно снижено количество нейронов с белком RORB (по сравнению со здоровыми). У мышей с такой же мутацией RORB играет роль в дифференциации клеток фоторецепторов в сетчатке и определенных слоев неокортекса. Авторы работы показали, что у кроликов RORB вовлечен в процесс дифференциации вставочных нейронов в спинном мозге. Вероятно, это нарушение и приводит к плохой координации движений животных. Мутации в одном гене нередко приводят неожиданным изменениям в организме животных. Не всегда эти мутации вредны: так, замена одного нуклеотида помогла арктическим сапсанам увеличить дальность миграций, а мутация в единственном гене сделала мышей умными и смелыми.
Хорошо скоординированные движения конечностями для животных – вопрос жизни и смерти (и успешного размножения). Обработка получаемой информации (визуальной, слуховой, вестибулярной) и соответствующие двигательные команды, посылаемой нервной системой, формируют походку животного. Расположенная в спинном мозге нейронная сеть – центральный генератор упорядоченной активности – управляет ритмом движений, активностью мышц-сгибателей и разгибателей, а также координирует движения правых и левых конечностей. Многие млекопитающие могут менять свою походку в зависимости от необходимой скорости и рельефа, выбирая ходьбу, рысь или галоп.
Походка различается у разных видов животных: кто-то передвигается на двух конечностях, кто-то на четырех; кто-то чередует правые и левые конечности, у кого-то их движения синхронизированы (например, во время прыжков у зайцев или кенгуру). Исследователи часто интересуются биомеханикой, морфолофологическими и физиологическими адаптациями, которые характеризуют разные способы передвижения у животных. Однако генетические и молекулярные механизмы, которые объясняют различия между движениями отдельных особей и представителями разных видов, редко попадают в поле зрения ученых.
Среди млекопитающих кролики и зайцы особенно выделяются своим скачкообразным способом передвижения. Их передние лапы сгибаются и разгибаются поочередно, а задние – синхронно, вместе, с большей амплитудой, что и позволяет этим животным прыгать. Одна из пород одомашненных кроликов, альфорский прыгун (sauteur d'Alfort), известна своим странным способом передвижения. Когда таким кроликам требуется небольшая скорость, они слишком сильно поднимают свои задние лапы. На большой же скорости задние лапы не синхронизируются, и альфорские прыгуны так и не могут прыгать. Расстройство сильно снижает эффективность передвижения, и кролики по-особому адаптировались: ради длительной или более быстрой ходьбы животные стали поднимать свои задние лапы и ходить только на передних, как акробаты.
К сожалению, это не единственная проблема, с которой сталкиваются представители породы. Кролики рождаются слепыми из-за дисплазии сетчатки. Фенотип альфорских прыгунов, который включает в себя особенности походки и поражения глаз, контролируется одной-единственной аутосомной рецессивной аллелью (sam). Ученые из Университета Порту и Уппсальского университета под руководством Лейва Андерссона (Leif Andersson) изучили генетический механизм, лежащий в основе необычной походки альфорских прыгунов. Исследователи провели эксперимент, который позволяет определить генетические маркеры, связанные с тем или иным мутантным фенотипом. Альфорских прыгунов скрестили с особями другой породы и провели полногеномное секвенирование второго поколения потомства.
Внимание ученых привлек один участок, который был свойственен прыгунам, и который, предположительно, должен был содержать искомую мутацию. Участок размером 5,4 миллионов пар нуклеотидов подробно проанализировали на предмет единичных замен, вставок или удалений нукледотидов, а также более крупных структурных изменений. Оказалось, что мутация в гене RORB приводит к неправильному сплайсингу, то есть неправильному формированию зрелой матричной РНК, по которой синтезируется соответствующий белок. Этот же участок гена оказался консервативным: его нашли еще у 70 плацентарных животных, генетическая информация которых была доступна авторам работы. Также известно, что мыши с удаленным геном Rorb тоже испытывают проблемы с сетчаткой и координацией движений: у них проявляется «утиная» походка.
Дальнейшие эксперименты показали, что из-за у кроликов с этой мутацией сильно снижено количество нейронов с белком RORB (по сравнению со здоровыми). У мышей с такой же мутацией RORB играет роль в дифференциации клеток фоторецепторов в сетчатке и определенных слоев неокортекса. Авторы работы показали, что у кроликов RORB вовлечен в процесс дифференциации вставочных нейронов в спинном мозге. Вероятно, это нарушение и приводит к плохой координации движений животных. Мутации в одном гене нередко приводят неожиданным изменениям в организме животных. Не всегда эти мутации вредны: так, замена одного нуклеотида помогла арктическим сапсанам увеличить дальность миграций, а мутация в единственном гене сделала мышей умными и смелыми.
[ Регистрация | Вход ]