В нашем геноме нашлось сто сорок пять зон, которые влияют на соотношения размеров костей.

У каждой кости в скелете есть свои пропорции, которые, как и другие наши физические особенности, определяются генами. «Генетичность» скелета видна невооружённым глазом: дети часто наследуют родительский рост, длину рук, ширину в плечах и т. д. При этом до сих пор в точности неизвестно, какие зоны в человеческой ДНК влияют на скелет. Разумеется, мы знаем, к примеру, какие гены помогают костным клеткам формировать костное вещество. Но их одних недостаточно, чтобы объяснить различия в скелетных пропорциях.

(Фото: Mathew Schwartz / Unsplash.com) 

Сотрудники Техасского университета в Остине пишут в Science, что в нашей ДНК есть 145 скелетных зон. Речь идёт именно о зонах в ДНК, в которых могут быть и обычные гены, кодирующие белки, и регуляторные участки генома, которые влияют на активность генов. Впрочем, в сорока пяти случаях скелетная зона как раз соответствует «белковому» гену. Про четыре зоны было известно по редким болезням опорно-двигательного аппарата у людей: мутации в них приводили к скелетным нарушениям. Ещё тридцать две зоны в ДНК изучали экспериментально: если их отключали у мышей, скелет получался с дефектами. Стало ясно, что эти тридцать два участка важны не только для мышей, но и для людей.

Скелетные зоны в человеческом геноме искали по большой базе данных, в которой вместе с генетическими сведениями была собрана разная медицинская информация, например, рентгеновские снимки всего тела и отдельных костей. С помощью искусственного интеллекта в огромном море снимков отобрали те, которые были достаточно хороши для измерений (таких оказалось больше 30 тыс.), а потом опять же с помощью искусственного интеллекта на снимках измеряли различные скелетные параметры. Сопоставляя эти параметры с генетическим текстом — тоже с помощью алгоритмов — можно было увидеть, когда изменения в скелете соответствуют изменениями в ДНК. Так и получилось 145 зон в геноме. Далеко не про все из них понятно, что именно они делают в смысле клеточно-молекулярной кухни.

Однако уже сейчас удалось узнать нечто важное, имеющее отношение к развитию скелета. Например, пропорции конечностей и пропорции туловища зависят от разных геномных участков, то есть в ходе индивидуального развития их формируют разные генетические программы. Причём у людей, у которых туловище относительно общего роста сравнительно длинное, будут чаще страдать от болей в спине, чем те, у которых отношение длины туловища к росту не очень велико. Подобные закономерности нашлись и для остеоартрита: так, если бедренная кость относительно общего роста слишком длинна, то вероятность артрита в коленях и вообще проблем с коленями повышается. Очевидно, что это происходит из-за определённого распределения нагрузки на разные части скелета, но поскольку нагрузка зависит от скелетных пропорций, то получается, что участки генома, влияющие на пропорции, косвенным образом влияют и на вероятность опорно-двигательных проблем.

Часть скелетной ДНК перекрывается с зонами, которые давно изучают в связи с человеческой эволюцией. В некоторых местах геном человека заметно отличается от того, как он выглядит у человекообразных обезьян: то есть когда человек формировался как вид, в этих отличающихся местах накапливались соответствующие генетические особенности. То, что особенности касаются в том числе формирования скелета, совсем неудивительно: мы отличаемся от шимпанзе не только мозгом, но и ходьбой на задних конечностях. По случаю прямохождения у людей ноги стали длиннее рук — и теперь это руконожное отличие можно соотнести с определенной зоной в геноме.

И про остеоартрит, и про скелетные отличия от обезьян и прежде было понятно, что ДНК играет тут, мягко говоря, не последнюю роль. Но теперь, благодаря анализу колоссального количества медицинских и генетических данных, эту ДНК можно изучать более предметно, сосредоточиваясь на точно определённых последовательностях. Возможно, что в будущем к описанным 145 скелетным зонам добавится ещё какое-то их количество: в прошлом году мы писали, что на рост у нас влияют более 12 тысяч геномных участков. Впрочем, нужно помнить, что рост и пропорции скелета не одно и то же: при одинаковом росте у двух разных людей могут быть разные скелетные пропорции.