Уменьшение роста, увеличение риска артрита эволюционно выгодно для человека

Единственное генетическое изменение, связанное как с уменьшением роста человека, так и с увеличением риска остеоартрита, может показаться так, как будто оно будет быстро отброшено на эволюционный барьер. В конце концов, как может быть преимуществом быть и короче, и менее мобильным в жестокой конкуренции за скудные ресурсы и непостоянных товарищей?? Зяблики Дарвина были бы в ужасе.

Теперь исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета и Гарвардского университета показали, что, несмотря на его связь с болезненным заболеванием суставов, этот генетический вариант неоднократно одобрялся, поскольку первые люди мигрировали из Африки в более холодный северный климат. По крайней мере, половина европейцев и азиатов имеют этот вариант гена, который относительно редко встречается в африканских популяциях.

"Поскольку он был выбран положительно, этот вариант гена присутствует у миллиардов людей," сказал Дэвид Кингсли, доктор философии, профессор биологии развития в Стэнфорде. "Таким образом, даже несмотря на то, что он увеличивает риск каждого человека менее чем в два раза, он, вероятно, несет ответственность за миллионы случаев артрита по всему миру. Это исследование действительно интересным образом подчеркивает пересечение эволюции и медицины и может помочь исследователям узнать больше о молекулярных причинах артрита."

Исследователи предполагают, что более компактная структура тела из-за более коротких костей могла помочь нашим предкам лучше противостоять обморожениям и снизить риск перелома костей при падении. Эти преимущества при низких температурах и обледенении, возможно, перевесили угрозу остеоартрита, который обычно возникает после пикапа.

Холод, возможно, был выбран для варианта гена

"Ген, который мы изучаем, демонстрирует явные признаки положительного отбора во многих человеческих популяциях," сказал Кингсли, который также является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза и членом Stanford Bio-X. "Возможно, лазание в холодных условиях было достаточным фактором риска, чтобы выбрать защитный вариант, даже если это привело к увеличению вероятности возрастного заболевания, такого как артрит, которое обычно не развивается до позднего возраста."

Статья с описанием исследования будет опубликована в Интернете 3 июля в журнале Nature Genetics. Кингсли – старший автор. Аспирант Гарварда Цзясюэ Цао и бывшие постдокторанты Стэнфорда Теренс Капеллини, доктор философии, и Хао Чен, доктор философии, разделяют ведущее авторство. Капеллини сейчас является доцентом кафедры эволюционной биологии человека в Гарварде, а Чен – младшим клиническим ученым в Genentech Inc.

Исследователи изучали ген под названием GDF5, который лаборатория Кингсли впервые связала с ростом скелета в начале 1990-х годов. GDF5 участвует в росте костей и формировании суставов, и было показано, что мутации в кодирующей части гена вызывают пороки в структуре костей ноги у мышей. У людей мутации GDF5 связаны с более низким ростом и проблемами с суставами; в частности, два нуклеотидных изменения непосредственно перед геном были сильно связаны с 1.2- к 1.8-кратное увеличение риска остеоартрита.

В новом исследовании исследователи были заинтересованы в том, чтобы узнать больше о том, как последовательности ДНК, окружающие GDF5, могут влиять на экспрессию гена. Часто эти некодирующие последовательности содержат ключевые регуляторные области, известные как промоторы и энхансеры. Капеллини, Чен и Као смогли идентифицировать ранее неизвестную энхансерную область, которую они назвали GROW1, которая находится на несколько тысяч нуклеотидов ниже GDF5.

Когда исследователи проанализировали последовательность GROW1 в базе данных 1,000 Genomes Project, которая собирает и сравнивает последовательности из многих человеческих популяций по всему миру, они определили единичное изменение нуклеотида, которое широко распространено у европейцев и азиатов, но редко встречается у африканцев. Когда они ввели это нуклеотидное изменение в лабораторных мышей, они обнаружили, что оно снижает активность GDF5 в пластинах роста длинных костей плодных мышей.

Общая нить

Дальнейшие исследования показали, что это изменение нуклеотидов неоднократно одобрялось в ходе эволюции человека. Современные люди мигрировали из Африки между 50 000 и 100 000 лет назад. Но они не были первыми, кто покинул континент. Неандертальцы и денисовцы переселились на север в Европу и Азию около 600000 лет назад. Интересно, что исследователи обнаружили, что один и тот же вариант GROW1 был обнаружен в ДНК как древних, так и современных людей в Европе и Азии.

Однако у этого коренастого и выносливого телосложения есть и обратная сторона: вариант GDF5, который уменьшает длину кости, идет рука об руку с двумя вышестоящими нуклеотидными изменениями, которые, как известно, повышают риск развития остеоартрита.

"Понятно, что генетический аппарат вокруг гена может иметь огромное влияние на то, как он работает," сказал Капеллини. "Вариант, который уменьшает высоту, снижает активность GDF5 в пластинах роста кости. Интересно, что область, в которой находится этот вариант, тесно связана с другими мутациями, которые влияют на активность GDF5 в суставах, увеличивая риск остеоартрита коленного и тазобедренного суставов."

"Потенциальное медицинское воздействие открытия очень интересно, потому что затронуто очень много людей," сказал Кингсли. "Это невероятно распространенный и древний вариант. Многие люди считают остеоартрит своего рода болезнью изнашивания, но здесь явно действует и генетический компонент. Теперь мы показали, что положительный эволюционный отбор привел к появлению одного из наиболее распространенных вариантов роста и факторов риска артрита, известных в человеческих популяциях."

3 комментария к “Уменьшение роста, увеличение риска артрита эволюционно выгодно для человека”

Оставьте комментарий