Уникальный ген влияет на рост, зрелость и продолжительность жизни позвоночных

Ген под названием vgll3 играет ключевую роль в регуляции роста, полового созревания и долголетия у позвоночных. Недавнее исследование, проведенное на рыбе Nothobranchius furzeri, виде с естественно короткой продолжительностью жизни, показало, что этот ген оказывает противоположные эффекты в зависимости от возраста. У самцов генетическая модификация vgll3 ускоряет рост и половое созревание, а также увеличивает клеточное деление в различных тканях, таких как герминативные и кишечные стволовые клетки. Однако это раннее созревание сопряжено с долговременными издержками: у модифицированных рыб с возрастом развиваются опухоли, похожие на меланомы, и сокращается продолжительность жизни.

Исследователи обнаружили, что vgll3 в основном экспрессируется в соматических клетках мужских гонад, таких как клетки Сертоли и Лейдига, что указывает на специфическую роль в зависимости от пола. Манипулируя генетически двумя разными формами этого гена, они выявили, что самцы с мутациями в экзоне 1 демонстрируют более быстрое созревание, увеличенный размер и превосходящий вес по сравнению с немодифицированными рыбами. Эти изменения объясняются увеличением пролиферации стволовых клеток и изменением реакции на повреждения ДНК.

Чтобы подтвердить связь между vgll3 и развитием опухолей, ученые создали модель рыбы с иммунодефицитом, мутировав ген rag2. Это позволило успешно трансплантировать клетки, полученные из расширений меланоцитов, наблюдаемых у стареющих рыб с мутацией vgll3. Трансплантированные клетки образовали инвазивные опухоли, подтвердив их канцерогенную природу. Кроме того, у модифицированных самцов наблюдался повышенный риск смертности, связанной с возрастом, с сокращением медианной продолжительности жизни на 15 %.

Это открытие иллюстрирует эволюционный механизм, называемый антагонистической плеiotропией, когда ген способствует выгодным признакам на ранних этапах жизни, таким как быстрый рост и раннее созревание, но приводит к вредным последствиям позже, например, к повышенной восприимчивости к раку и сокращению продолжительности жизни. Этот компромисс может объяснить, почему некоторые гены, несмотря на сокращение продолжительности жизни, сохраняются в естественных популяциях. Действительно, в средах, где раннее размножение критически важно для выживания вида, как в кратковременных местообитаниях рыбы Nothobranchius furzeri, немедленные преимущества перевешивают долговременные издержки.

У человека и других позвоночных предыдущие исследования уже связывали vgll3 с возрастом полового созревания, уровнями гормонов и даже с некоторыми типами рака. Эти новые результаты укрепляют идею о том, что этот ген действует как основной регулятор признаков, связанных с историей жизни, балансируя между ранними преимуществами и поздними издержками. Точные механизмы, с помощью которых vgll3 влияет на эти процессы, все еще частично неизвестны, но его роль в регуляции клеточного цикла, репарации ДНК и гормональных сигнальных путях начинает лучше пониматься.

Исследователи также отметили, что vgll3, похоже, подвергался положительной селекции у видов однолетних рыб, что позволяет предположить, что его роль в ускорении созревания могла быть поддержана эволюцией в средах, где выживание зависит от быстрого размножения. Это может объяснить, почему варианты этого гена так широко распространены среди позвоночных, несмотря на их отрицательное влияние на продолжительность жизни.

Это исследование открывает новые перспективы для понимания того, как некоторые гены формируют старение и возрастные заболевания. Оно подчеркивает важность эволюционных компромиссов в регуляции сложных признаков, где краткосрочные преимущества могут оправдывать долговременные издержки.

Attributions et sources

Origine de l’étude

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-026-72381-0

Titre : An antagonistically pleiotropic gene regulates vertebrate growth, maturity, and lifespan

Revue : Nature Communications

Éditeur : Springer Science and Business Media LLC

Auteurs : Eitan Moses; Marva Bergman; Tehila Atlan; Elizabeth M. L. Duxbury; Roman Franěk; Omer Ben Dor; Henrik von Chrzanowski; Enas R. Abu-Zhayia; Nabieh Ayoub; Shay Kinreich; Ido Ben-Ami; Alexei A. Maklakov; Itamar Harel