Исключение одного гена на ранних стадиях развития мыши привело к тому, что исследователи случайно получили эмбриона млекопитающего с шестью конечностями.
Этот странный результат заставил биологов Анастасию Лозовскую и Моисеса Мальо и их коллег из Института науки Гульбенкиана в Португалии изменить направление своих исследований по спинному мозгу.
"Я не выбирал проект, проект выбрал меня," - иронизирует Мальо Саре Рирдон в Nature News.
Команда сравнила эмбрионы мыши в возрасте от 10 до 17 дней с функционирующими и нефункционирующими версиями гена Tgfbr1, который кодирует белок рецептора Tgfbr1.
Tgfbr1 участвует в сигнальном пути, который дает формирующемуся телу указания относительно его направления от корпуса к хвосту. Этот путь предоставляет инструкции "сформировать заднюю конечность" или "внешние половые органы" клеткам развивающегося эмбриона.
По мере роста эмбриона, структуры постепенно формируются от головы к хвосту. На ранних стадиях развития генетические механизмы смещают свое внимание с головы на увеличение тела и создание основ для основных систем органов.
Позднее происходит второй переход, при котором активация генов в нескольких слоях ткани продлевает туловище, образуя хвост.
Именно во время этого процесса взаимодействия между только появившимися тканями формируют структуры, необходимые для выходных каналов тела и половых органов.
Хотя ноги и руки разделяют многие из тех же генов, на ранних стадиях процесса задние конечности и половые органы имеют больше общего. Существует предположение, что они возникают из одной и той же исходной примордиальной (генетически присущей) структуры у предков.
"Будет интересно выяснить, может ли механизм, связанный с обнаруженной нашей работой развитой пластичностью, помочь объяснить отсутствие задних конечностей у змей, а также их наличие у большинства ящериц," - задается вопросом Лозовска и ее коллеги.
Ученые обнаружили, что несмотря на существенно различное расположение дополнительных ног в эмбрионах без функционирующей версии Tgfbr1, другие гены, экспрессирующиеся в этих конечностях, подобны тем, которые находятся в нормальных конечностях мыши.
Обе конечности возникают из среднего из трех слоев ткани, составляющих ранний эмбрион - мезодермы. По мере того, как клетки, превращающиеся в конечности, прорастают в окружающий внешний слой тканей (энтодерм), возможно, они затем получают больше инструкций "стать ногами", чтобы дальше развиваться в деформированные, но зрелые конечности, предполагают исследователи.
Лозовска и ее команда более внимательно рассмотрели ДНК в мутантной ткани ног по сравнению с контрольными мышами и выявили ремоделирование хроматина - белки, контролирующие доступ к ДНК клеток, были переключены в конфигурацию "ног", а не "половых органов".
Исследователи до сих пор не знают точного механизма, по которому подавление гена Tgfbr1 приводит к появлению дополнительной пары ног.
Понимание этих фундаментальных процессов даст исследователям дополнительные инструменты для решения проблем развития и связанных с ними болезней.