«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца

Где-то в глубинах нашей ДНК хранятся фрагменты кода, которые достались нам от существ, исчезнувших с лица Земли более 40 тысяч лет назад. На первый взгляд 2% генокода могут показать незначительной цифрой, но поверьте, они могут дать человеку многое.


Недавнее открытие показало, что один из неандертальских «сувениров» может наделить человека мощной мускулатурой и даже изменить форму нижней челюсти. Этот ген присутствует у миллионов людей, но почему ученые до сих пор не могут разгадать все его секреты?

47 000-летняя «закладка»

Ученые Филипп Канис и Хьюго Зеберг изучили гены трех неандертальцев. Исследователи хотели понять, чем генетически отличались древние люди: в частности, как у них формировались кости и мышцы.

В большинстве генов различий не нашлось, но один ген (он отвечает за работу гормона роста) удивил исследователей. У всех трех неандертальцев в нем оказались две необычные мутации, как будто в двух местах поменялись «буквы» генетического кода (в позициях 422 и 561). Причем у современных черных африканцев таких изменений нет: их предки не смешивались с неандертальцами, поэтому и этих мутаций у них не возникло.

А вот у представителей других рас эти мутации встречаются. Причем, чем дальше на восток, тем чаще: в Европе — у 0,5% людей, в Америке — у 2%, в Восточной Азии — у 15%, а в Южной Азии — целых 20%. Дальнейшие расчеты показали, что люди получили этот кусок ДНК от неандертальцев не так давно (по историческим меркам, конечно), примерно 47 тысяч лет назад.



Кстати, у неандертальцев нашли и другую интересную особенность. В одном из генов у них отсутствует целый участок. Но здесь история совсем другая, так как подобный «пробел» отмечен у каждого второго чернокожего африканца. Следовательно, он появился очень давно, еще до того, как линии предков африканцев и остальных людей разошлись.

А вот те две точечные мутации — это именно «подарок» от неандертальцев. Причем за последние 10 тысяч лет частота их почти не менялась. Получается, природа на них особо не «давила»: они не давали сильного преимущества, но и не мешали, поэтому «закладка» спокойно передавалась из поколения в поколение, пока до нее не добрались ученые.

Мышцы, челюсти, клыки

Чтобы объяснить этот генетический феномен, пришлось исследователям влезть в данные пяти крупнейших биобанков мира. Там хранится информация о здоровье более чем миллиона людей. И каждого из них было проверено наличие или отсутствие неандертальского варианта гена.

Результаты получились четкие, хотя на первый взгляд разница казалась крошечной. Люди с этой мутацией были в среднем выше на 0,3 сантиметра и тяжелее примерно на 285 граммов. Но самое важное выяснилось, когда ученые разобрали этот вес по частям. Оказалось, что почти вся «лишняя» масса приходится на мышцы. Например, руки и ноги у таких людей мощнее на 150 граммов, а мышцы туловища — на 121 грамм. При этом жира у них даже чуть меньше, чем у остальных.

Но самое интересное заключалось в том, что неандертальский ген включался по достижении определенного возраста. До 11 лет у детей с этой мутацией не было никакой разницы в росте или весе. Изменения проявлялись только у взрослых, после полового созревания.
Тайна скрывалась в гормоне роста. После пубертата его уровень в крови резко вырастает — примерно втрое. Неандертальский вариант гена не увеличивает количество гормона, а делает организм более чувствительным к его всплескам. Можно сказать, он работает как усилитель: пока гормона мало — ничего не заметно, а когда его становится много, эффект включается.



Но на росте и весе влияние не заканчивалось. Ученые посмотрели и на строение черепа и челюсти. И тут всплыли настоящие «неандертальские черты». Например, у носителей мутации ветвь нижней челюсти (это часть, которая идет вверх к суставу) оказалась короче на 3,6 миллиметра.

Еще у них в 2,8 раза чаще встречалась «глубокая» окклюзия: то есть верхние зубы заметно перекрывают нижние. А еще у таких людей были короче корни зубов, особенно у верхних клыков и резцов.

Кстати, именно короткие корни зубов когда-то помогли ученым понять, что неандертальцы — это отдельный вид. Получается, современная генетика буквально подтвердила то, что раньше находили археологи: некоторые черты неандертальцев до сих пор живут в нашей ДНК.

Два гормона

Ученые не ограничились одними лишь цифрами и решили проверить, как эта мутация работает на деле, буквально в пробирке. Для этого взяли мышиные клетки (их называют Ba/F3), у которых вообще нет своего рецептора гормона роста. В эти клетки встроили два варианта человеческого рецептора: обычный и неандертальский. Потом добавили гормон и стали смотреть, как клетки будут делиться. Результат получился заметный: клетки с неандертальским рецептором росли быстрее, и уже к пятому дню их стало на 39% больше, чем в контрольной группе.



Но какой именно компонент отвечал за ускорение? Ученые перебрали все комбинации: оказалось, что магия происходит, когда аминокислота треонин заменяет аминокислоту пролин. Причем замена должна произойти именно в позиции 561. И тогда в клетке на целых 22% повышался уровень белка STAT5, который передавал команду «расти».

Теперь переходим к самой загадочной части исследования. В организме человека есть две формы гормона роста: гипофизарная (из мозга) и плацентарная (из плаценты во время беременности). И отличаются эти формы всего лишь в 13 местах.

Вроде бы мелочь, но когда исследователи заменили мозговой гормон на планцетарный, эффект полностью пропал. Клетки с обычным и неандертальским рецепторами стали делиться одинаково, а уровень белка STAT5 выровнялся.

Это объясняет, почему у новорожденных носителей мутации нет никакой разницы в весе. В утробе матери работает именно плацентарный гормон, а к нему древний рецептор остается равнодушен. Эффект включается только после рождения, когда на сцену выходит гипофизарный гормон. Почему один и тот же рецептор по-разному реагирует на две почти одинаковые молекулы, пока неясно. Зато понятно, что неандертальские гены еще не один раз удивят ученых.