Σε ένα εργαστήριο στο Κιότο , μια ομάδα γενετιστών πραγματοποίησε μια μικρή αλλά σημαντική τροποποίηση στο DNA ποντικών. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία επεξεργασίας γονιδίων CRISPR , εισήγαγαν μια μόνο παραλλαγή ενός γονιδίου που κάποτε έφεραν οι Homo neanderthalensis και οι Denisovans -αρχαίοι συγγενείς των σύγχρονων ανθρώπων- στα γονιδιώματα ζωντανών τρωκτικών. Τα ποντίκια, που εκτράφηκαν υπό ελεγχόμενες συνθήκες, σύντομα άρχισαν να εμφανίζουν σημάδια ανατομικών διαφορών που απηχούσαν τη σκελετική δομή αυτών των εξαφανισμένων ανθρωποειδών.

Το πείραμα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό BioRxiv , με επικεφαλής τους Δρ. Άκο Αγκάτα και Δρ. Ταντάσι Νομούρα στο Νομαρχιακό Πανεπιστήμιο Ιατρικής του Κιότο , επικεντρώθηκε στο γονίδιο GLI3 . Αυτό το γονίδιο παίζει βασικό ρόλο σε μια σημαντική αναπτυξιακή οδό σηματοδότησης γνωστή ως Hedgehog , η οποία ρυθμίζει τον σχηματισμό οστών και οργάνων στα έμβρυα. Η εκδοχή που εισήχθη στα ποντίκια έφερε μια συγκεκριμένη μετάλλαξη, την R1537C , την οποία είναι γνωστό ότι κατείχαν οι Νεάντερταλ και οι Ντενίσοβαν.

Οι ερευνητές ήθελαν να προσδιορίσουν εάν αυτή η αρχαϊκή παραλλαγή συνέβαλε στα ξεχωριστά φυσικά χαρακτηριστικά που παρατηρούνται στους σκελετούς των Νεάντερταλ — όπως φαρδιά πλευρά, επιμήκη κρανία και έντονα φρύδια. Διαπίστωσαν ότι τα ποντίκια που έφεραν το τροποποιημένο γονίδιο ανέπτυξαν αισθητές σκελετικές αλλαγές . Μερικά είχαν ευρύτερα κρανία. Άλλα είχαν λιγότερες ανωμαλίες στους σπονδύλους ή στο θώρακα, συμπεριλαμβανομένης ισχυρότερης στρέψης των πλευρών και σημείων καμπυλότητας της σπονδυλικής στήλης .

Σύμφωνα με τη μελέτη, η αρχαϊκή γονιδιακή παραλλαγή δεν επηρέασε τη σταθερότητα της πρωτεΐνης ή την ικανότητά της να ενεργοποιεί την σηματοδότηση Hedgehog, η οποία είναι κρίσιμη κατά την ανάπτυξη. Αντίθετα, άλλαξε ανεπαίσθητα τον τρόπο με τον οποίο το GLI3 ρυθμίζει ορισμένα αναπτυξιακά γονίδια , ιδιαίτερα εκείνα που εμπλέκονται στη μορφολογία του σκελετού. Σε πειράματα που αφορούσαν κύτταρα HEK293T – μια κοινή ανθρώπινη κυτταρική σειρά που χρησιμοποιείται στα εργαστήρια – οι ερευνητές παρατήρησαν αλλαγές στην έκφραση αρκετών αναπτυξιακών γονιδίων όταν υπήρχε η παραλλαγή του Νεάντερταλ.

Σε ποντίκια, τα αποτελέσματα ήταν ορατά στη δομή των οστών. Μερικά εμφάνισαν πρόωρη οστεοποίηση των κρανιακών ραφών, μια πάθηση που συνδέεται με παραμόρφωση του κρανίου. Άλλα ανέπτυξαν χαρακτηριστικά που μοιάζουν με σκολίωση, με ασύμμετρα θωράκιση και σπονδυλικές αλλαγές. Η μετάλλαξη φάνηκε επίσης να μειώνει τον αριθμό των οσφυϊκών σπονδύλων, μιμούμενη χαρακτηριστικά που βρίσκονται στα λείψανα των Νεάντερταλ.

Η ομάδα του Δρ. Νομούρα σημείωσε ότι κανένα από τα τροποποιημένα ποντίκια δεν εμφάνισε πολυδακτυλία ή επιπλέον δάχτυλα – μια συνηθισμένη συνέπεια όταν το γονίδιο GLI3 διαταράσσεται πλήρως σε ανθρώπους και ζώα. Αυτό έδειξε ότι η παραλλαγή του Νεάντερταλ διατήρησε τις βασικές αναπτυξιακές λειτουργίες, ενώ παράλληλα οδήγησε ομαλά ορισμένα αποτελέσματα σε νέες κατευθύνσεις.

Η παραλλαγή R1537C δεν περιορίζεται στην προϊστορία. Υπάρχει σήμερα σε μικρά τμήματα του ανθρώπινου πληθυσμού , ιδιαίτερα σε μη αφρικανικές ομάδες. Σύμφωνα με τα δεδομένα του 1000 Genomes Project που αναφέρονται στη μελέτη, η συχνότητά της κυμαίνεται από περίπου 3,7% έως 7,7% στους ευρωπαϊκούς πληθυσμούς και μόλις 0,8% στους αφρικανικούς πληθυσμούς .

Αυτή η εργασία έρχεται να προστεθεί σε ένα αυξανόμενο σύνολο ερευνών που εξετάζουν πώς μικρά τμήματα DNA των Νεάντερταλ μπορούν να συνεχίσουν να διαμορφώνουν τη σύγχρονη βιολογία. Προηγούμενες μελέτες έχουν διερευνήσει τις επιδράσεις των γονιδίων των Νεάντερταλ στην ανοσολογική απόκριση, την αντίληψη του πόνου, ακόμη και στα νευρολογικά χαρακτηριστικά. Ωστόσο, λίγες έχουν καταδείξει μια τόσο άμεση σύνδεση μεταξύ μιας συγκεκριμένης γενετικής μετάλλαξης και της σκελετικής ανάπτυξης .

Οι ερευνητές δεν κατάφεραν να καταλήξουν σε οριστικά συμπεράσματα σχετικά με τον ρόλο του γονιδίου στους Νεάντερταλ. Ωστόσο, όπως σημειώνουν στην προδημοσίευσή τους, η οποία είναι διαθέσιμη στο bioRxiv , τα στοιχεία υποδεικνύουν μια αρχαία παραλλαγή του GLI3 που «συμβάλλει σε ανατομικές παραλλαγές που αφορούν συγκεκριμένα είδη», διαμορφώνοντας διακριτικά τα σώματα των εξαφανισμένων συγγενών τους – και ίσως, σε κάποιο βαθμό, και των δικών μας.