Наш геном на 99,7% неандертальский, но 0,3% формируют наше лицо. Причина — древняя "кнопка", которая до сих пор активна

Понимание того, как формируются черты человеческого лица, до сих пор остаётся одной из сложнейших задач генетики. У каждого человека неповторимая внешность, и лишь малая часть механизмов, отвечающих за строение лица, сегодня расшифрована. Чтобы приблизиться к разгадке, исследователи из Эдинбургского университета решили обратиться к нашим древним родственникам — неандертальцам, чьи лица заметно отличались от человеческих массивной челюстью, крупным носом и выдающимися надбровными дугами.

Учёные показали, что участок ДНК неандертальцев способен активировать ген, отвечающий за формирование нижней челюсти, сильнее, чем аналогичный участок у человека. Эта особенность может объяснять более развитую нижнюю часть лица у неандертальцев.

Авторы работы напомнили, что геном неандертальцев был полностью расшифрован по фрагментам древних костей и совпадает с человеческим на 99,7%. Однако именно оставшиеся различия определяют анатомические особенности вида. В обоих геномах примерно 3 миллиарда «букв» — нуклеотидов, которые кодируют белки и регулируют активность генов. Найти среди них фрагменты, влияющие на внешность, по словам исследователей, всё равно что искать иголку в стоге сена.

Команда решила начать поиски с участка, связанного с синдромом Пьера Робена — редким состоянием, при котором нижняя челюсть значительно меньше нормы. Известно, что у людей с этой аномалией в соответствующей зоне генома наблюдаются крупные перестройки ДНК, нарушающие развитие лица. Учёные предположили, что более мелкие вариации в том же месте могут оказывать менее выраженное, но всё же заметное влияние на форму челюсти.

Сравнение человеческой и неандертальской последовательностей показало, что различия между ними в этой области, состоящей примерно из 3000 нуклеотидов, ограничиваются всего тремя заменами. Хотя данный участок не содержит самих генов, он регулирует работу ключевого гена SOX9, координирующего развитие лицевой части головы у эмбриона.

Чтобы проверить, влияют ли эти различия на активность SOX9, исследователи поместили человеческую и неандертальскую версии участка ДНК в клетки эмбрионов данио-рерио — лабораторной рыбы, часто используемой для изучения раннего развития. Клетки были запрограммированы светиться разными цветами, в зависимости от того, какой вариант ДНК активен.

Наблюдая за развитием эмбрионов, команда обнаружила, что оба варианта участка включаются в клетках, участвующих в формировании нижней челюсти, однако неандертальская последовательность проявляет себя заметно сильнее. По словам Лонг, особенно захватывающим было увидеть, как именно эти древние различия меняют активность клеток в зоне будущей челюсти и, возможно, отражаются на её размере и форме.

Следующим шагом стало выяснение, может ли повышенная активность гена SOX9 действительно привести к увеличению нижней части лица. Для этого исследователи добавили в эмбрионы данио-рерио дополнительное количество белка SOX9 и зафиксировали, что клетки, формирующие челюсть, занимают больший объём, чем обычно.

Команда планирует продолжить исследования, моделируя развитие лицевых структур в лабораторных условиях. Такой подход позволит изучить влияние отдельных вариаций ДНК и, как надеются учёные, поможет лучше понимать механизмы наследственных лицевых аномалий у людей и совершенствовать диагностику.