Dna-sekvens hjälper förståelse för uppkomsten av käkar

Forskare vid Uppsala universitet har upptäckt och karakteriserat en dna-sekvens som finns hos ryggradsdjur med käkar, till exempel hajar och människor, men som saknas hos käklösa ryggradsdjur, till exempel nejonögon. Det här dna:t är viktigt för utformningen av käkledsytorna redan under embryoutvecklingen.

Peer review/Experimentell studie/Zebrafisk

Majoriteten av ryggradsdjursarter som lever i dag, inklusive människan, hör till gruppen käkförsedda ryggradsdjur. Uppkomsten av rörliga käkar under ryggradsdjurens evolution var en av de viktigaste evolutionära övergångarna från käklösa till käkförsedda ryggradsdjur, och skedde för minst 423 miljoner år sedan. Under- och överkäken kopplades först samman med hjälp av den primära käkleden. Dock ersattes den med en sekundär käkled senare under däggdjurens evolution medan den primära käkleden förflyttades till mellanörat för att förbättra hörseln, vilket är hur vi har det idag hos oss människor.

Den primära käkleden bildas under den embryonala utvecklingen och har en aktiv gen som innehåller sekvensinformation om ett specifikt protein som kallas transkriptionsfaktor Nkx3.2. Troligen har den spelat en stor roll under uppkomsten av denna käkled men nästan ingenting var känt förut om hur genaktiviteten reglerades i käkledsceller.

Vanligtvis sker aktivering av gener med hjälp av dna-sekvenser, enhancers, som inte innehåller gensekvensinformation. Dessutom kan sådant så kallat regulatoriskt dna bidra till aktivering av genen enbart i viss celltyp och vara bevarad mellan olika djurarter.

- Vi undersökte genomsekvenser från många olika ryggradsdjursarter. Dna-sekvensen som finns i närheten av genen Nkx3.2 kunde vi bara se hos de ryggradsdjur som har käkar, men inte hos käklösa ryggradsdjur. När vi injicerade dna-sekvenser från käkförsedda ryggradsdjur i zebrafiskembryon, aktiverades de i käkledscellerna. Att förmågan att aktivera har bevarats i över 400 miljoner år, visar att den är viktig för käkförsedda ryggradsdjur, säger Tatjana Haitina, forskare vid Uppsala universitet, som lett studien.

- I försök där vi klippte nyupptäckt dna-sekvens med gensaxen crispr/cas9 ur zebrafiskgenom, såg vi att den tidiga aktiveringen av Nkx3.2-genen minskade, vilket orsakade defekter i käkledsformen. Det visade sig att dessa defekter sedan reparerades, vilket tyder på att det finns ytterligare regulatoriskt dna någonstans i genomet som styr aktivering av Nkx3.2-genen och som väntar på att bli upptäckt, säger Jake Leyhr, doktorand i forskargruppen.

Forskarna hoppas att deras upptäckt kommer vara en viktig pusselbit för att så småningom kunna kartlägga händelseförloppet för uppkomsten av de första käkarna i ryggradsdjuren.

Studien gjordes i samarbete med SciLifeLabs Genome Engineering Zebrafish och BioImage Informatics.

Leyhr et al. (2022); A novel cis-regulatory element drives early expression of Nkx3.2 in the gnathostome primary jaw joint, eLife 11:e75749, DOI: 10.7554/eLife.75749, https://doi.org/10.7554/eLife.75749

För mer information kontakta:

Tatjana Haitina, forskare vid Institutionen för organismbiologi, tatjana.haitina@ebc.uu.se 018-471 61 20

Forskningen har fått finansiellt stöd från Vetenskapsrådet och SciLifeLab.