Kígyóláb (d)evolúció – 2.

Az érdekes cikkek gyakran párban jönnek. Alig pár hete írtam a Cell-ben megjelent tanulmányról, amelyben a kígyók hátsó végtagjának eltünésében fontos szabályozó szakaszt mutattuk be és máris egy remek folytatást, pontosabban kiegészítést lehet hozzá tenni.

A korábbi posztban emlegetett végtag-specifikus Sonic hedgehog (Shh) gén enhanszer, a ZRS működésképtelenné válása ugyanis nem egyszerre, hanem valószínűleg több lépésben történhetett, erről tanúskodnak a különböző fosszíliák is, de főként az a tény, hogy egyes ősibb kígyófajokban, pl. pitonokban és boákban máig fellelhető egy rendkívül csökevényes, de egyértelműen beazonosítható hátsó végtagcsökevény. 

Márpedig ennek a csökevényszervnek a jelenléte arról tanúskodik, hogy a végtagnak a fejlődése elindul, csak valamiért nem zajlik le teljesen. Vagyis logikus kérdés, hogy mi történik pl. a pitonembriók hátsó végtagbimbójában a végtagfejlődésben fontos Shh, vagy az ez által is szabályozott HoxD13 gének expressziójával? 

Martin Cohn csoportja erre kereste a választ és így derülhetett fény arra, hogy mindkét gén kifejeződik egy bizonyos szinten, bár a Shh expressziója csak tranziens, a HoxD13 pedig ennek megfelelően sokkal kisebb, mint mondjuk anolisz gyíkokban. A tranziens Shh expresszió azonban nem csak más gének expresszióját befolyásolja a jelek szerint, de jó eséllyel a végtagbimbó sejtjeinek túlélését is: egy lysotracker nevű anyag segítségével jól látható, hogy a kígyók végtagbimbójában a sejtek intenzív pusztulásba kezdenek (ami már önmagában is jó magyarázat a sorvadt végtagra). 

A tanulmány további részében a piton ZRS-ben fellelhető három deléciót vették szemügyre (ezek közül az egyik azonos azzal a 17 bp-al, amit a közelmúltbeli Cell cikk is kielemez), amelyek feltehetőleg fokozatosan jöttek létre, és együttesen hozzák létre a legnagyobb expressziós csökkenést, ha valamilyen riportergén mellett vizsgáljuk a hatásukat.

Mivel a modernebb kígyók esetében a ZRS még inkább elsorvad, az is egyértelművé válik, hogy a pitonok hipofunkcionális ZRS-e végül aztán teljesen elveszti funkcióját. De az érdekes kérdés, hogy a hipofunkcionális ZRS időnként “visszaerősödhetett”-e? A kígyók ma feltételezett filogenetikai leszármazása, ahol a vak fonálkígyók csoportja ősibbnek tekinthető, mint olyan jól felismerhető hátsó végtaggal rendelkező fosszíliák, mint a Haasiophis azt sugallja, hogy vagy a ZRS végső degradálódása többször, függetlenül bekövetkezett, vagy a közös ősben ugyan már a mai pitonokéhoz hasonlóan hipofunkcionális volt, de később egyes, mára kihalt csoportokban a ZRS újból működőképessé vált. (Szerintem utóbbinak van kisebb esélye, de a cikk írói mégis ezt favorizálják.) 

A cikk még egy érdekes dologra hívja fel a figyelmet: sokat tudunk a végtagfejlődés során azokról a szabályozó szekvenciákról, amelyek az ujjak fejlődése során szabályozzák a HoxD13 gén működését. Bár végtagok hiányában a pitonok (és más kígyók) esetében ezek látszólag fölöslegesek lettek, mégsem degenerálódtak, hanem teljes egészükben ott pompáznak a kígyógenomokban is. Mi magyarázhatja ezt? A legvalószínűbb magyarázat erre, hogy ezeknek a szekvenciáknak van egy másik nem elhanyagolható szerepe, mégpedig a hím nemiszerv fejlődésében. És erről, még a kígyók sem mondtak le.

Leal F, Cohn MJ (2016) Loss and Re-emergence of Legs in Snakes by Modular Evolution of Sonic hedgehog and HOXD Enhancers. Curr Biol 26(21): 2966-2973.