Ученые раскрыли сложную генетику, лежащую в основе формы свода черепа человека

Исследователи из Университета Питтсбурга и Университета Левена обнаружили набор генов, которые влияют на форму головы у людей. Эти результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, помогают объяснить разнообразие форм головы человека, а также могут дать важные подсказки о генетической основе заболеваний, поражающих череп, таких как краниосиностоз.

Анализируя размеры свода черепа — части черепа, которая образует закругленную верхнюю часть головы и защищает мозг — команда определила 30 областей генома, связанных с различными аспектами формы головы, о 29 из которых ранее не сообщалось. 

«Антропологи размышляют и обсуждают генетику формы свода черепа с начала 20-го века», — сказал соавтор исследования профессор Сет Вайнберг. «Благодаря некоторым редким условиям жизни человека и экспериментам на животных мы знали, что гены играют важную роль в размере и форме свода, но очень мало было известно о генетической основе типичных особенностей, которые мы наблюдаем у населения в целом, например, почему у кого-то голова длинная и узкий против короткого и широкого. Это исследование выявило некоторые ключевые гены, вызывающие изменения в этой части человеческого тела».

По мнению исследователей, одним из способов лучшего понимания факторов, которые определяют естественные вариации формы головы человека, являются данные палеоантропологических исследований, которые потенциально могут пролить свет на раннее развитие современного человека.

Вайнберг и его коллеги использовали магнитно-резонансное (МР) сканирование более чем 6000 подростков, чтобы извлечь трехмерные поверхности, соответствующие своду черепа. После разделения трехмерных поверхностей свода на постепенно меньшие анатомические части и количественной оценки формы этих частей они протестировали более 10 миллионов генетических вариантов на наличие доказательств статистической связи с показателями формы свода.

«Предыдущие генетические исследования свода черепа включали небольшое количество относительно простых мер», — добавил Вайнберг. «Хотя такие меры часто легко получить, они могут не уловить биологически значимые особенности. В нашем анализе использовался инновационный подход, позволяющий описать форму трехмерного свода гораздо более полными и детальными способами. Этот подход увеличил нашу способность находить генетические ассоциации».

Важным открытием стало то, что многие из сильных ассоциаций находятся рядом с генами, которые играют ключевую роль в раннем формировании головы и лица, а также в регуляции развития костей. Например, варианты в гене RUNX2 и рядом с ним, который играет важную роль в координации развития черепа, были связаны с множеством аспектов формы свода.

В то время как некоторые гены, включая RUNX2, имели глобальные эффекты, охватывающие весь свод, другие демонстрировали более локализованные эффекты, которые воздействовали только на определенную часть свода, например, на центральную часть лба.

Когда исследователи сравнили 30 геномных регионов, связанных с формой головы, у участников европейского, африканского и коренного американского происхождения, они обнаружили, что большинство генетических ассоциаций были общими для этих разных предковых групп.

По словам Вайнберга, хотя исследование было сосредоточено на здоровых участниках, полученные результаты могут дать важные подсказки о биологической основе заболеваний, затрагивающих свод черепа.

Одним из таких состояний является краниосиностоз, который возникает, когда кости черепа срастаются слишком рано, в то время как мозг еще быстро растет. Без нейрохирургического вмешательства краниосиностоз может привести к необратимому уродству, повреждению головного мозга, слепоте и даже смерти. Команда показала, что варианты трех генов, связанных с формой свода, BMP2, BBS9 и ZIC2, также связаны с краниосиностозом, что позволяет предположить, что эти гены могут играть роль в развитии заболевания.

«Такое исследование возможно благодаря наличию финансируемых государством ресурсов», — сказал Вайнберг. «Первоначальное исследование, в результате которого были созданы эти МР-сканы, было сосредоточено на понимании развития и поведения мозга. Творчески используя эти ресурсы, нам удалось продвинуть открытия за пределы первоначального масштаба».