Эволюционное исследование связывает тонкие изменения в морфологии двуногого коленного сустава с остеоартритом в более позднем возрасте

Эволюция артритных колен
                Визуальный рифф на классической иллюстрации «Марш прогресса», освещающей эволюцию остеоартрита коленного сустава. Предоставлено: Таша Макаби, отделение ортопедии Бостонской детской больницы.

Человеческое колено — это торжество дизайна. Сустав, который развился довольно быстро от нашего общего предка с шимпанзе, чтобы приспособить наш двуногий, вероятно, способствовал нашему успеху как разновидности. Однако, поскольку современная медицина продлевает продолжительность жизни человека, наш вид испытал боль в форме остеоартрита, которая может сопровождать движение этого биомеханического шедевра.
                                                                                       

В новом исследовании генетических особенностей, которые помогают сделать этот сложный сустав возможным, международная команда исследователей обнаружила, что регуляторные переключатели, вовлеченные в развитие колена, также играют роль в остеоартрите, частично наследственном заболевании, которое поражает при минимум 250 миллионов человек по всему миру. Выводы опубликованы в журнале Cell.

Теренс Д. Капеллини, доцент Ричарда Б. Вольфа на кафедре эволюционной биологии человека и соответствующий автор статьи, объяснил это с точки зрения бремени, которое буквально переносят наши колени:

«С точки зрения эволюции, колено примата перешло от чего-то, что вмещало силы ходьбы на четырех ногах, к переносу всего веса на две ноги», — сказал он. «Переход от четвероногого к двуногому изменяет распределение силы. Весь наш вес передается через наши бедра и колени к нашим лодыжкам. Клетки в суставе и форма сустава должны были измениться, чтобы приспособиться к этим новым силам». «

С такой специфической задачей — и ограниченной ее происхождением в более старом колене приматов — оптимизированное двуногое колено разработало так называемую морфологию с ограниченными возможностями, то есть оно не допускало значительных изменений. «Как вы можете себе представить, когда вы проектируете деталь для самолета, вы не хотите слишком сильно заблудиться», — сказал Капеллини.

Чтобы понять, как появился этот сложный механизм, исследователи искали свидетельства ускоренного естественного отбора: серии мутаций, которые помогли нам идти прямо.

«Мы хотели знать, можем ли мы увидеть признаки древней эволюции — древнего отбора — в тех областях генома, которые специфически лепят колено», — сказал Капеллини. Для этого они искали следы определенных регуляторных переключателей, фрагментов ДНК, «ответственных за включение и выключение генетического материала, который превращает колено в человеческое колено».

То, что они обнаружили, отражает то, что предполагает Капеллини, свидетельствует о «положительном отборе» — свидетельстве того, что это новое колено дало молодым двуногим эволюционное преимущество. Колени с наивысшим функционированием были бы выбраны, уменьшая изменение формы колена с течением времени, уменьшая генетические изменения в переключателях, которые контролируют формирование сустава. То, какие изменения сохранялись, вероятно, не имело существенного значения в то время.

«Позже, когда популяция людей расширяется и дрейфует, вы начинаете получать эти генетические варианты, которые немного изменяют форму колена или как поддерживается колено», — пояснил доктор философии Дэниэл Ричард. кандидат в эволюционной биологии человека и ведущий автор на бумаге. «Эти небольшие отклонения, действующие на это ограниченное колено, приводят к риску развития остеоартрита».

Эти черты не повлияли на успех двуногого колена, потому что естественный отбор способствует появлению черт, позволяющих людям достичь половой зрелости и успешно размножаться. По сути, поскольку это новое колено дало молодым взрослым преимущество при передаче их генетического материала, оно продолжалось, несмотря на эти варианты. Наша возможная старость не имела большого значения в его выборе.

«Мы думаем, что эти небольшие изменения не так сильно влияют на молодость», — сказал Ричард. «Но когда вы продолжаете подниматься, пока вам не исполнится 50 или 60 лет, за это более длительное время вы увидите очень небольшое изменение соединений коленного сустава в течение десятилетий. В конечном итоге это способствует развитию остеоартрита у пожилых людей».

В качестве доказательства принципа Капеллини и его коллеги провели два дополнительных эксперимента. Изучая коленные переключатели у пациентов с остеоартритом по сравнению с общей популяцией, они обнаружили, что у пациентов с остеоартритом в среднем больше генетических вариантов в переключателях, чем у тех, у кого нет заболевания. Они также сосредоточились на гене под названием GDF5 (фактор дифференциации роста пять), который способствует риску остеоартрита у европейцев и азиатов. Используя редактирование CRISPR на мышах и клетках человека, они выявили генетический вариант, присутствующий у миллиардов людей, который влияет на функцию ключевого переключателя коленного сустава, тем самым изменяя форму колена и увеличивая риск развития остеоартрита.

Жесткость и болезненность, которые люди ощущают сегодня, могут, следовательно, просто сочетаться с эволюционным преимуществом: остеоартрит возник вместе с коленом. Однако эта болезненная особенность может окупиться при изучении эволюции человека, подчеркивают исследователи.

«Идея связать новые функции с почти новыми заболеваниями — это хорошая ментальная основа для изучения при старении», — сказал Ричард. «Ты не можешь съесть свой пирог и съесть его тоже».

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *