Utviklingen av fingrene våre har et svært overraskende opphav

19 hours ago 2

Genregulering som lot oss utvikle fingre ble først brukt til dannelse av rumpehull hos fisk.

Forskning på sebrafisk ga ny informasjon om utviklingen av hender og føtter. (Foto: topimages / Shutterstock / NTB)

For 375 millioner år siden oppstod det fiskelignende dyr med skjelett i finnene som kunne gå på bunnen i grunt vann.

Etterkommerne deres tok steget opp på land og ble de første firbeinte dyrene. På veien utviklet dyrene knokler for tær eller fingre i enden av beina.

Hvordan ble finner erstattet av føtter med tær?

Forskere bak en ny studie i Nature har lett etter hint i DNA-et hos mus og sebrafisk. Da fant de ut at evolusjonen har drevet med gjenbruk.

Studien tyder på at utviklingen av fingre og tær hadde sitt utspring genregulering for endetarmsåpningen hos fisk.

– Overraskende

– Det er ikke uvanlig i evolusjon at et gen eller en regulatorisk komponent i DNA-et brukes på nytt til noe litt annet, sier professor Kjetill Sigurd Jakobsen.

Funnene i den nye studien er et eksempel på det, sier Jakobsen.

Han forsker på evolusjonsgenetikk og leder Senter for økologisk og evolusjonær syntese (CEES) ved Universitetet i Oslo.

– Men at det er en genetisk sammenheng mellom hvordan fingere og tær og endetarmsåpningen dannes, det er overraskende.

Genregulering

Evolusjon handler ikke bare om gener som koder for proteiner, kroppens byggesteiner, men også de delene av DNA-et som regulerer genene.

Studien dreier seg om det som kalles HOX-gener og reguleringen av dem.

– HOX-gener ligger som perler på en snor på flere kromosomer. De styrer identiteten til mange strukturer. De blir kalt for arkitekturgener, – eller mer presist segment-identitetsgener, sier Jakobsen.

HOX-gener sørger for at rett type kroppsdel dannes på riktig sted og til rett tid under fosterutviklingen, ifølge Store norske leksikon. Det gjør de ved å drive med regulering av andre gener.

Ta for eksempel den siste ryggvirvelen i ryggraden vår som har ribbein og den som neste har ikke ribbein.

– De er begge ryggvirvler, men har ulik identitet. Det er det HOX-gener som styrer, sier Jakobsen.

På samme måte styrer slike gener hvordan utformingen av fingrene blir.

I den nye studien har forskerne identifisert et regulerende område i DNA-et som igjen regulerer HOX-gener.

– Dette gjør noe med pakkingen av DNA. Hvis du endrer pakkingen i et område kan du endre reguleringen og gjøre genene tilgjengelig for å utrykkes, forklarer Jakobsen.

Oppdaget viktig område

Forskerne fant først ut at om de klippet vekk et regulatorisk område av DNA-et, så dannet muse-embryoer fortsatt bein, men ikke føtter, skriver The New York Times.

Dermed oppdaget de at denne delen av DNA-et er viktig for utvikling av tær og fingre.

Forskerne fant igjen de samme sekvensene i genomet til sebrafisk. Altså må det ha vært til stede hos en felles stamfar for sebrafisk og pattedyr.

Forskerne lurte på hva slags funksjon dette DNA-området har hos fisk. Kanskje det er viktig for dannelse av finner?

Slik var det ikke.

Påvirket endetarmsåpningen

I studien har forskerne redigert det regulatoriske DNA-området hos mus og sebrafisk-embryoer.

– Det de har gjort er å delvis slå ut de aktuelle genene eller forandret dem slik at funksjonen har blitt annerledes, sier Jakobsen.

Det gjorde forskerne ved hjelp av genredigeringsmetoden CRISPR-Cas9.

Forskerne studerte embryoene i mikroskop og så hva som skjedde. I tillegg så de på hvordan gener ble utrykket etter redigeringen.

Redigeringen påvirket føtter hos mus. Det påvirket ikke finnene hos sebrafiskene, som man kanskje skulle tro, men endetarmsåpningen.

Det tyder på at genregulering for endetarmsåpning ble gjenbrukt for å danne fingre.

– I stedet for å bygge opp et nytt reguleringssystem for fingrene, har naturen gjenbrukt en eksisterende mekanisme, som opprinnelig var aktiv i endetarmsåpningen, sier professor ved Collège de France, Denis Duboule, i en pressemelding.