Генетики рассказали, как слепые пещерные рыбы утратили глаза

В пресных водах Мексики и южных регионов США обитает лучепёрая рыба вида Astyanax mexicanus. Этот вид известен, прежде всего, одной своей формой: среди A. mexicanus встречаются пещерные рыбы, также известные как слепые тетры.

При рождении пещерные тетры имеют глаза, но со временем они зарастают кожей, а потом полностью исчезают.
Фото Daniel Castranova, NICHD/NIH.

Сегодня известно около 30 популяций этих рыб, живущих в глубоководных пещерах. Они являются альбиносами, то есть полностью лишены пигментации и обладают необычной бело-розовой окраской.

Однако самое примечательное, что тетры, живя без света, утратили не только остроту зрения, но и сами глаза. Точнее, при рождении A. mexicanus глаза имеет, но со временем они зарастают кожей, а потом полностью исчезают.

Известно, что слепые тетры приспособились к навигации в темноте с помощью боковой линии, которая очень чувствительна к малейшим изменениям давления. Специалисты из Национальных институтов здравоохранения США решили выяснить, какие механизмы отвечают за исчезновение глаз у слепой тетры.

"Подземные обитатели предоставляют уникальную возможность изучить, как животным удаётся процветать в экстремальных условиях, некоторые из которых могут имитировать факторы развития заболеваний у людей", — поясняет член исследовательской группы Брант Вайнштейн (Brant Weinstein).

Команда поясняет в пресс-релизе, что A. mexicanus начали приспосабливаться к жизни в глубоководных пещерах миллионы лет назад. Со временем популяции пещерных рыб сформировали специфическую форму своего вида с явными физиологическими и поведенческими отличиями.

Впрочем, геномы слепой и зрячей тетры во многом схожи. Поэтому в новой работе учёные использовали зрячих рыб как контрольную группу, чтобы отследить механизмы, отвечающие за исчезновение глаз у пещерных рыб.

Предыдущие исследования не выявили каких-либо очевидных мутаций в генах, отвечающих за развитие глаз. Поэтому исследователи обратились к эпигенетическим факторам. Иными словами, искали случаи изменения экспрессии генов (наследственной передачи информации), которые не затрагивают последовательности ДНК.

Оказалось, что это было верное направление. У пещерных рыб наблюдалось явление, известное как молчание генов (или подавление экспрессии). В отличие от мутаций, этот процесс не вызывает изменений в генетическом коде.

Гены, отвечающие за развитие глаз, у пещерной тетры по сути просто выключаются, пишут авторы работы. Происходит это из-за метилирования ДНК – модификации молекулы ДНК, которая не затрагивает нуклеотидную последовательность.

Белок под названием ДНК-метилтрансфераза присоединяет к молекуле ДНК метильную группу. Последняя служит своего рода меткой гена, который вынужден "замолчать".

У пещерных рыб были обнаружены высокие уровни ДНК-метилтрансферазы, называемой DNMT3B. Исследования показали, что этот белок повысился у рыб как эволюционный ответ на долгие годы жизни в пещерах без света.

Важно отметить, что из большого числа генов, которые "замолчали" у A. mexicanus, 26 отвечают за развитие глаз и у людей, а ещё 19 связаны с различными нарушениями зрения.

Если механизмы эпигенетических изменений рыб также совпадут с человеческими, то пещерные тетры, вероятно, имеют все шансы стать модельным организмом для исследований различных нарушений зрения.

Более подробно об этой работе рассказывается в статье, которая была опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.