Исследование, проведенное на собаках, показало, что пространственная структура хроматина играет важную роль в эволюции социального поведения. Хроматин, компактная форма ДНК, не только упаковывает генетический материал, но и играет важнейшую роль в регуляции генов. Данное исследование, проведённое учеными из Венгрии, показывает, что как линейная последовательность ДНК, так и ее трехмерная конфигурация связаны с дружелюбным поведением, сформировавшимся в результате одомашнивания собак, что дает новое представление о молекулярных механизмах, лежащих в основе социальных признаков.
На такие поведенческие черты, как общительность, влияют многочисленные гены, их взаимодействие, факторы окружающей среды и индивидуальный жизненный опыт.
Поскольку влияние одного гена трудно обнаружить, в 2017 году доктор Бриджетт фон Холдт, профессор Принстонского университета, и ее команда выявили специфические элементы в гене собак GTF2I, связанные с синдромом Вильямса-Бурена (ВБ) у людей, который характеризуется повышенной общительностью, чрезвычайным дружелюбием и черепно-лицевыми аномалиями. Полученные данные позволили предположить, что дружелюбность у собак тоже связана с изменениями в GTF2I.
«Этот ген играет роль в развитии нейронов и путей, связанных с тревожностью и общительностью, и, вероятно, является ключевым фактором, определяющим дружелюбное поведение, сформировавшееся в результате одомашнивания. В исследовании мы стремились выяснить, как генетические варианты влияют на 3D-структуру ДНК, содержащую этот ген», — говорит фонХольдт, ведущий автор публикации в BMC Genomics.
«Ген GTF2I имеет несколько вариантов, причем древний, волкоподобный вариант встречается у трех из десяти человек. Нам было интересно, как именно древние и более современные варианты влияют на его функцию. Варианты гена происходят от ретротранспозонов, которые являются мобильными, саморазмножающимися элементами ДНК.
Исследователи изучили интронный участок гена, который не производит генный продукт, но, вероятно, влияет на пространственную структуру хроматина — комплекса ДНК и белков, из которых состоят хромосомы, — и вызывает различия в экспрессии генов.
«Образцы ствола мозга были взяты у домашних собак, подвергшихся эвтаназии по медицинским показаниям и переданных для исследований. Мы изучали только собак без серьезных заболеваний нервной системы», — объясняет доктор Энико Кубиньи. Исследуемый ген регулирует экспрессию других генов, поэтому его экспрессия ожидается во всем мозге.
Исследование показало, что древние и современные варианты GTF2I по-разному влияют на форму петли хроматина.
«Новые регуляторные сегменты ДНК, вызванные вставками ретротранспозонов, обычно удаляются из генома. Интересно, что в пределах интрона гена GTF2I древний геном волка в значительной степени кооптирует вставленный сегмент, в то время как современный геном собаки отвергает его. Наличие или отсутствие этого ретротранспозона связано с изменением трехмерной структуры хроматина в GTF2I, что, возможно, оказывает последующее влияние на пути, регулирующие внеклеточный матрикс и сплайсинг GTF2I. Это похоже на случай с людьми, где многие пациенты с ВБ имеют черепно-лицевые аномалии, объясняемые аномалиями внеклеточного матрикса и измененной функцией GTF2I. По сути, мы сообщаем о предполагаемой молекулярной конвергенции между гиперсоциальным поведением у собак и синдромом Вильямса-Бурена у человека», — подчеркивает доктор Дхрити Тандон, первый автор исследования.
Когда у одних видов сохраняется одна и та же мутация, а у других нет — как это видно на примере различий между волками и собаками, — регуляторный эффект, вероятно, эволюционно значим. В отсутствие ретротранспозонов петля ДНК, присутствующая у волков, не образуется у собак, что может объяснить некоторые различия в нейрокогнитивных профилях и, следовательно, в социальном поведении этих двух видов.
Исследователи надеются, что их результаты покажут, что на поведение влияет не только последовательность геномных оснований, но и их трехмерная структура.
[Фото: Vanda Molnár]