После трех лет кропотливых экспериментов, используя новые редактирующие ген методы и чувствительное отображение судьбы, чтобы маркировать и отследить развивающиеся клетки у рыбы, исследователи описывают, как маленькие гибкие кости, найденные в концах плавников, связаны с пальцами и пальцами ног, которые более подходят для жизни на земле.«Когда я увидел эти результаты в первый раз, Вы, возможно, свалили меня с пером», сказали ведущий автор исследования, Нил Шубин, доктор философии, профессор Отличной службы Роберта Р. Бенсли Биологии Organismal и Анатомии в Чикагском университете. Шубин – власть на переходе от плавников до конечностей.«В течение многих лет», он говорил, «ученые думали, что финансовые лучи были абсолютно не связаны с пальцами и пальцами ног, совершенно отличались, потому что один вид кости первоначально сформирован из хряща, и другой сформирован в простой соединительной ткани.
Наше изменение результатов та вся эта мысль. У нас теперь есть много вещей заново обдумать».
Чтобы распутать, как плавники, возможно, преобразовали в запястья и пальцы, исследователи работали главным образом со стандартной моделью рыбы: данио-рерио.Тетсуя Накамура, доктор философии, постдокторский ученый в лаборатории Шубина, использовал редактирующую ген технику, CRISPR/Cas, у данио-рерио, чтобы удалить важные гены, связанные со строительством конечности, и затем выборочно разведенным данио-рерио с многократными целенаправленными удалениями. Он провел больше чем два года, строя и крест, воспитывающий мутантов рыбы, проект, который начался в Морских Биологических Лабораториях в Вудс-Хол, Массачусетс.В то же время Эндрю Джехрк, доктор философии, бывший аспирант в лаборатории Шубина, усовершенствовал маркирующие клетку методы, чтобы планировать, когда и где определенные эмбриональные клетки мигрировали, поскольку животные выросли и развивались.
«Это был один из тех эврика моменты», сказал Джехрк. «Мы нашли, что клетки, которые отмечают запястья и пальцы мышей и людей, были исключительно в финансовых лучах рыбы».Команда сосредоточилась на генах Hox, которые управляют чертежом корпуса растущего эмбриона вдоль головы к хвосту, или плеча к кончику пальца, оси. Многие из этих генов крайне важны для развития конечности.Они изучили развитие клеток, начало, в некоторых экспериментах, вскоре после оплодотворения, и следовали за ними, когда они стали частью взрослого плавника.
Предыдущая работа показала, что, когда гены Hox, определенно связанные с запястьями и цифрами мышей (HoxD и HoxA), были удалены, мыши не развивали те структуры. Когда Накамура удалил те те же самые гены у данио-рерио, длинные лучи плавников были значительно уменьшены.«Что имеет значение, не то, что происходит, когда Вы выводите из строя единственный ген, а когда Вы делаете это в комбинации», объяснил Накамура. «Это – то, где волшебство происходит».Исследователи также использовали высокоэнергетический сканер CT, чтобы видеть мелкие структуры во взрослом плавнике данио-рерио.
Они могут быть невидимыми, даже к большинству традиционных микроскопов. Просмотры показали, что рыба, испытывающая недостаток в определенных генах, потеряла финансовые лучи, но маленькие кости, сделанные из плавника хряща, увеличились численно.Авторы подозревают, что мутанты, что Накамура сделал вызванные клетки, чтобы прекратить мигрировать от основы плавника к их обычной позиции около наконечника.
Эта неспособность мигрировать предназначенный, что было меньше клеток, чтобы сделать финансовые лучи, оставляя больше клеток в финансовой основе, чтобы произвести элементы хряща.«Это действительно взяло комбинацию маркировки и нокаутов, чтобы убедить нас, что эти клеточные отношения между плавниками и конечностями были реальны», сказал Джехрк.Будущее исследование включает новые экспедиции, чтобы найти больше промежуточных звеньев окаменелости – таких как Tiktaalik, связь между примитивной рыбой и первыми четырехногими животными, обнаруженными Шубиным и коллегами в 2006 – в переходе от плавников до конечностей.
Они также планируют эксперименты с генами Hox, чтобы изучить, как общее население клеток может сформировать такие различные структуры у рыбы и людей.