Новое понимание того, как естественная потеря мышц стопы произошла у грызунов и других видов во время их эволюции.
Исследование предполагает естественную потерю мышц у видов, таких как грызуны, лошади и олени, которые перемоделировали свои ступни на протяжении многих миллионов лет, имеют сходство с атрофией скелетных мышц - состояние, которое включает в себя истощение мышц и обычно считается патологическим ответом на травму или заболевание.
Эти результаты опровергают обоснованные предположения о том, что запрограммированная гибель клеток является ключевой движущей силой потери ткани в процессе развития.
Мышцы в наших руках контролируют точные движения пальцев пианиста. Эти и подобные им внутренние мышцы ног также позволяют некоторым животным взбираться, хватаясь и маневрируя на деревья и кусты с поразительной ловкостью.
Со временем естественный отбор изменил движение некоторых видов, так что многие уже не берут предметы руками и ногами. Вместо этого кости, связанные с этими конечностями, стали непропорционально длинными, чтобы увеличить беговую дорожку и позволить некоторым видам прыгать.
«Мы хотели выяснить, что произошло за многие миллионы лет эволюции, чтобы позволило им остаться без мышцы стопы», - говорит ведущий автор Май Тран, аспирант лаборатории старшего автора Кимберли Купер в Калифорнийском университете в Сан-Диего, США. «Не способны ли они сформироваться в зародышах видов, у которых эти мышцы отсутствуют у взрослых? Или они начинают свой путь по типичному пути развития, который сорван так, что они теряются до того, как животное полностью созреет?»
Чтобы ответить на эти вопросы, Тран и ее команда изучили египетского тушканчика, Jaculus jaculus, грызуна, который бегает и прыгает через малонаселенные пустыни Африки и Азии на непропорционально длинных задних лапах. Этим конечностям не хватает всех внутренних мышц стопы, и вместо этого они имеют крепкие связки, подобные тем, которые обнаруживаются у лошадей и оленей.
Изучив этих животных и сравнив их с близкородственными лабораторными мышами, команда обнаружила, что, хотя у взрослых нет мышц на задних лапах, у их потомков развиваются мышцы, которые быстро исчезли вскоре после рождения.
«Уже известно, что избыток клеток образуется во многих местах во время развития животных, таких как перепонки между пальцами рук и ног, которые устраняются процессом генетически запрограммированной гибели клеток», - объясняет Тран. «Но мы не нашли никаких доказательств какого-либо известного механизма гибели клеток в мышцах стопы тушканчика».
Исследуя это далее, исследователи обнаружили, что клетки мышц стопы разбирают упорядоченный набор белков, которые отвечают за сокращение скелетных мышц, и увеличивают экспрессию генов, которые разрушают эти белки мышц во время атрофии скелетных мышц.
«Это было удивительное открытие, потому что мышечная атрофия считается патологической реакцией на голодание, повреждение нерва или неподвижность, которая уменьшает размер, но не количество мышечных клеток у людей и мышей», - говорит старший автор Кимберли Купер, доцент кафедры Cell и Биология развития в Университете Калифорнии, Сан-Диего. «Характеристики мышечной атрофии не типичны для« нормального »развития скелетных мышц».
Купер добавляет, что это неожиданное наблюдение демонстрирует, как биологические процессы, лежащие в основе нормального развития и болезни, более взаимосвязаны, чем считалось ранее.
«Дальнейшие исследования нетрадиционных организмов могут помочь улучшить наше понимание механизмов, участвующих в ремоделировании развития, и биологических процессов, обычно связанных с болезненными состояниями», - заключает она.