Международная научная коллаборация представила новые данные многолетнего проекта по поиску участков генома, отвечающих за анатомические особенности лица, в крупной когорте латиноамериканцев. В новой публикации, появившейся в журнале Communications Biology, описаны 42 таких участка, 26 из которых обнаружены также у восточных азиатов, европейцев или африканцев, один унаследован от неандертальцев и еще один оказался общим с мышами.
Понимание генетических основ разнообразия черт лица крайне важно для эволюционизма, биомедицины и судмедэкспертизы. Установить их помогает полногеномный анализ ассоциаций (GWAS), позволяющий сопоставлять варианты генов с конкретными анатомическими особенностями. Первые такие исследования были посвящены выходцам из Европы, а затем легли в основу масштабного проекта «Консорциум по анализу разнообразия и эволюции жителей Латинской Америки» (Consortium for the Analysis of the Diversity and Evolution of Latin America, CANDELA). Его цель — выяснить, какие гены отвечают за различные физические признаки (черты лица, телосложение, длина конечностей и другие) на примере крупной когорты латиноамериканцев. В силу своего происхождения они обладают генетическим наследием европейцев, коренных американцев (родственных восточным азиатам) и черных африканцев.
В 2021 году были опубликованы промежуточные результаты работы: GWAS по более чем 8,7 миллиона однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) у 6169 человек помог выявить 32 связанных с чертами лица участка генома, причем один из них оказался унаследован от денисовцев. Сейчас исследователи из 10 стран под руководством Каустубха Адхикари (Kaustubh Adhikari) и Андреса Руиса-Линареса (Andrés Ruiz-Linares) из Лондонского университетского колледжа представила дополненный массив данных, полученных в общей сумме у 6486 жителей Бразилии, Колумбии, Мексики, Перу и Чили.
На этом этапе работы ее авторы усовершенствовали методику: если раньше двухмерные фотографии правого профиля участников размечали вручную, то сейчас 106 лицевых ориентиров нанесли автоматически с помощью облачного сервиса Face++ (16 из них у небольшой подборки участников предварительно разметили вручную и убедились, что платформа справляется удовлетворительно). После прокрустова совмещения между 34 из них измерили дистанцию, получив, учитывая симметрию лица, 301 межориентирное расстояние. Наибольшую корреляцию с полом проявили расстояния, относящиеся к форме бровей (что может быть связано с ее косметической коррекцией у женщин); с возрастом — к верхнему веку и толщине губ; с европейским наследием — к позиции назиона, толщине губ, ширине переносицы и крыльев носа.
После отбраковки некачественных гено- и фенотипических данных исследователи оценили связь более 11,5 миллиона SNP у 5988 человек с межориентирными расстояниями (в качестве порога значимости принимали p < 5 × 10−8). Они обнаружили 42 участка генома, связанные хотя бы с одним из них — девять были описаны ранее, 33 найдены впервые. 26 из них удалось воспроизвести по имеющимся этническим данным GWAS: 22 у восточных азиатов, 21 у европейцев, пять у черных африканцев, причем четыре были обнаружены во всех этих выборках.
Один из обнаруженных участков, расположенный в локусе 1q32.3, оказался интрогрессирован от неандертальцев. Чувствительнее всего к нему были расстояния, связанные с высотой средней части лица, в частности, от субспинальной точки между резцами верхней челюсти до назиона. Этот участок относился практически полностью к аборигенному американскому наследию.
30 из 33 участков удалось картировать в геноме мыши. Один из них содержал показательный SNP rs32069343 в хромосомном локусе 5q (гомологичен человеческому 22q12.1), что свидетельствует о его эволюционной консервативности у двух видов. У мышей он отвечает за многочисленные аспекты формы черепа и нижней челюсти, у людей оказался связан с высотой нижней части лица.
Изучение функций обнаруженных участков показало, что они включают кандидатные гены и геномные регуляторные элементы, связанные с развитием лица и черепа. Их транскрипция наблюдалась преимущественно в клетках краниальной части нервного гребня, из которой в числе прочего образуются хрящи лицевого отдела черепа.
Ранее было показано, что за распознавание каждой конкретной черты лица отвечает своя группа нейронов; что эти нейроны можно активировать изображениями с визуальными паттернами лица, но непохожими на него, и что мозг со временем начинает реагировать на пересаженное лицо, как на родное.