Адъюнкт-профессор Человеческой Эволюционной Биологии, Capellini – соавтор исследования, которое обнаружило генетический «выключатель», который изменяет деятельность ключевого скелетного гена, связанного с высотой, и точно определил генетический вариант в выключателе, который одобряет краткость и намного более распространен среди евразийского населения, чем ожидалось.Однако исследование также раскрыло удивительную связь – между последовательностью, которая одобряет краткость и повышенный риск остеоартрита. Исследование описано в статье 3 июля по своей природе Генетика.
«Есть пара аспектов этого исследования, которые интересны», сказал Капеллини. «Каждый – то, что эти генетические варианты происходят в некодировании последовательностей, поэтому в то время как гены важны, это показывает, что генетическое оборудование вокруг гена может оказать драматическое влияние на то, как это работает. Но другое интересное открытие состоит в том, что, в то время как эволюция увеличила частоту варианта, который приводит к уменьшенной высоте из-за связанных мутаций, есть также повышенный риск остеоартрита».
С самого начала Capellini и цель коллег не должны были понимать что связь, но просто лучше понять генетику позади изменения высоты.Чтобы сделать так, мультидисциплинарная команда из Гарварда, Стэнфорд и Университет Уотерлу, объединили сильные подходы биологии развития, эволюционной геномики и биоинформатики. Они приняли решение сосредоточиться на единственном гене, известном как GDF5, который неоднократно связывался с изменением высоты в исследованиях ассоциации всего генома.«Этот тип исследования был сделан на вверх 250 000 человек», сказал Капеллини. «Когда Вы смотрите на результаты этих исследований, этот ген подходит снова и снова, и когда Вы увеличиваете масштаб региона GDF5 есть много генетических вариантов, которые также связаны с изменением высоты».
По существу Капеллини сказал, те изменения – найденный в некодирующих регионах вокруг гена – могут изменить деятельность гена в различных областях в теле, если они происходят в определенных генетических «выключателях».«Если Вы хотите влиять на высоту, одно место, Вы хотите включить ген, находится в пластинах роста костей», сказал Капеллини. «Но действительность – то, что, для всех исследований высоты, которые были сделаны, никто действительно не знает выключатели, уже не говоря о которых в регионе GDF5 содержит фактический вариант ДНК, который вызывает изменение в высоте».
Чтобы найти это, Capellini, Кингсли и коллеги приложило репортерный ген, который производит синий цвет для каждого потенциального выключателя, затем прослеженного, где цвет был выражен в эмбрионах мыши. То, что они нашли, он сказал, было последовательностью, которая управляет деятельностью гена в пластинах роста, и что еще более важно единственным изменением основы ДНК в выключателе, который влияет на его деятельность и изменение высоты.
Когда Capellini и коллеги удалили выключатель пластины роста GDF5 из мышей, их кости испытали недостаток, и это было в соответствии с тем, что они видели, проверяя человеческий короткий вариант высоты. Интересно, они также видели, что их бедренная шея – связь между бедром и шейкой бедра – стала короче также.
Удивительно, Capellini также заявил, другие тесты показали, что вариант в пользу более короткой высоты намного более распространен и среди европейского и среди азиатского населения – но редко замечается среди африканского населения. Он и его коллеги тогда продолжают предполагать, что это может произойти из-за нескольких факторов:«Мы утверждаем, что более короткая высота, возможно, была выгодна в прошлом…, потому что, если Вы жили в более холодном климате, имея короткое, коренастое тело, может на самом деле помочь Вам выжить», сказал он. «Когда Вы смотрите на животных, которые проживают в Арктике, они имеют тенденцию иметь более короткие придатки, чтобы снизить риск обморожения и поддержать тепло тела».Однако, учитывая эффект выключателя на бедренной длине шеи, Капеллини и Кингсли также предлагают, чтобы, «если Вы высоки и у Вас была длинная бедренная шея, Вы в более высоком риске для перелома шейки бедра…
Таким образом, взгляды состоят в том, что более короткая бедренная шея, возможно, также была защитным механизмом, который это принесло этой последовательности к очень высокой частоте в некотором населении».«Это – очень интересная ситуация, потому что благоприятный выбор во время истории человечества означает вариант, который мы изучаем, теперь присутствует у буквально миллиардов людей,» сказал Кингсли, преподаватель Биологии Развития в Стэнфордском университете, и соруководитель исследования.
Замечательно, выключателем роста, однако, не был единственный один Capellini, Кингсли, и коллеги нашли.«Вариант, который уменьшает высоту, понижает деятельность GDF5 в пластинах роста, но есть много других мутаций, которые физически связаны с ним», сказал Капеллини. «Немногие другие происходят в различных выключателях, которые мы нашли, каждый, которые включают GDF5 в суставах, и эти мутации связаны с риском остеоартрита бедра и колена, и вероятно понижают деятельность GDF5 в суставах».«Интересно, наличие короткого варианта высоты в этом регионе таким образом связано с наличием повышенного риска остеоартрита колена и бедра из-за отдельных мутаций».В то время как исследование предлагает новое понимание ролей некодирования ДНК, и сложные отношения между высотой и артритом, Капеллини предупредил, что GDF5 – только один ген многих, которые играют роль в высоте, и больше работы должно быть сделано, чтобы получить более полную картину.
«Мы знаем, что генетика высоты и артрита сложна с потенциально тысячами включенных генов», сказал он. «Это заставляет нас ценить ту биологию, очень сложно, и мы должны чесать больше этих отношений, чтобы действительно получить смысл того, как одна особенность может быть связана с другим».