Специалисты во главе с «отцом палеогенетики» Сванте Паабо выяснили, что неандертальский вариант гена SCN9A, отвечающего за передачу болезненных ощущений в мозг, содержал три мутации. Современные британцы, унаследовавшие этот вариант гена, больше подвержены боли, чем другие.
Ген SCN9A кодирует белок Nav1.7, натриево-ионный канал, который работает в окончаниях чувствительных к боли нервов и, по-видимому, играет критическую роль в развитии болевых ощущений. Это своего рода «ручка регулировки громкости, управляющая усилением боли в нервных волокнах», — говорит шведский генетик Хьюго Зеберг — соавтор исследования. Мутации SCN9A приводят как к повышенной, так и к ослабленной болезненной чувствительности. Показано, что люди с редкой мутацией, инактивировавшей ген SCN9A, нечувствительны к боли — они способны ходить по углям и спокойно втыкать иголки в конечности, а травмы ног замечают, только когда начинают хромать.
Почему этот ген привлёк внимание палеогенетиков? Дело в том, что в основном неандертальские варианты генов отличаются от генов современного человека единичными мутациями, затрагивающими их функцию. Ген SCN9A интересен тем, что у неандертальцев он содержит целых три аминокислотные замены (M932L, V991L и D1908G), причём в гомозиготном виде во всех трёх известных неандертальских геномах. При этом вариант, типичный для современных людей, совпадает с шимпанзиным и с вариантами других обезьян. Это значит, что все три мутации возникли в неандертальской линии и по каким-то причинам закрепились у наших вымерших родственников.
Какой эффект такая комбинация должна вызывать? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи синтезировали неандертальские и сапиентные варианты гена и внедрили в икру шпорцевой лягушки — модельный объект, полезный при исследовании белков, контролирующих нервные импульсы. Неандертальский вариант белка Nav1.7 оказался более активным, а это могло означать пониженный болевой порог. Но какая из мутаций приводит к такому эффекту, ведь их три? Авторы исследования проверили таким же образом три варианта гена, содержащие каждую из аминокислотных замен по-отдельности, но ни одна из них не влияла на активность ионного канала. Вероятно, дело в комбинации замен? Оказалось, что к сдвигу в активности белка приводит только сочетание V991L + D1908G. Замена же M932L не давала видимых эффектов. Интересно что D1908G встречается в гомозиготном виде и у денисовца (в отличие от двух других). Значит, мутация произошла у общего предка неандертальцев и денисовцев, но эффект проявился лишь в неандертальской линии, где произошла дополнительная мутация V991L.
Не остановившись на этом, исследователи протестировали варианты гена SCN9A в эмбриональных клетках человеческих почек, и получили сходный «возбуждающий» эффект.
Интересно, а у современных людей эти мутации встречаются? Поиск по базе данных «Тысяча геномов» (вопреки названию, в ней уже 2,5 тыс. геномов) не дал ни одного результата ни в Африке, ни в Европе. Зато все три мутации встречаются в Азии и обеих Америках, причём в Америке с нешуточной частотой (D1908G — до 53%), а M932L и V991L — ещё и в сильном сцеплении друг с другом. Как эти варианты попали к людям? Может, достались от общего предка с неандертальцами? Однако оценив размер архаичных (то есть содержащих множество неандертальских аллелей) фрагментов ДНК, на которых расположены все три замены в гене SCN9A, исследователи заключили, что фрагменты слишком длинные, и скорее всего перешли к сапиенсам в результате смешения с архаичными гомининами.
Осталось проверить, какой эффект неандертальские замены в гене SCN9A вызывают у современного человека — уже не в пробирке, а «живьём». К счастью, и для такого исследования есть база данных — это Биобанк Великобритании, в котором содержатся как генетические данные, так и характеристики фенотипов (то есть индивидуальные особенности) полумиллиона людей. Для исследования использовали информацию о 362 тыс. британцев. В базе данных содержатся ответы этих людей на 19 вопросов, касающихся их болевых ощущений.
Выше говорилось, что в «1000 геномов» неандертальские варианты не нашлись ни у одного европейца. Однако в более обширном Биобанке Великобритании такие носители есть, в том числе даже 1327 человек, обладающих сразу всеми тремя мутациями — правда, в гетерозиготной форме. Оказалось, что эти «счастливчики» испытывали некоторые формы боли чаще (в среднем на 7%), чем другие люди. Причём это касалось носителей всего набора — те, кому досталась только одна или две замены, не отличались от остальных участников исследования.
Можно лишь гадать, каким был бы эффект от того же набора мутаций, но в гомозиготном виде — как у неандертальцев.
Интересно вот что: учёным уже известны две другие мутации в гене SCN9A, которые, согласно предыдущим исследованиям, тоже связаны с повышенной чувствительностью к боли. Однако судя по статистике Биобанка Великобритании, никто из носителей этих вариантов не страдает от частых болей. Значит, эффект от этих мутаций, если и есть, слабее, чем от неандертальских вариантов.
Надо сказать, что белок Nav1.7 работает в разных типах клеток, например, обонятельных нейронах, поэтому неандертальские замены могли влиять и на какие-то еще характеристики, помимо чувствительности к боли. Кроме того, болевые ощущения зависят от множества факторов, регулируются на уровне спинного и головного мозга. Поэтому нельзя прямо-таки утверждать, что неандертальцы выглядели «болезненными недотрогами» по сравнению с нами. Кроме того, неандертальские варианты оказывают лишь небольшое влияние на работу белка Nav1.7.
«Это прекрасная работа, потому что она показывает, как детали физиологии неандертальца можно реконструировать, изучая современных людей, — говорит Седрик Бекс, невролог из Каталонского института углубленных исследований в Барселоне, Испания. В исследовании 2019 года Бокс обнаружил три других белка, участвующих в восприятии боли, которые различаются у современных людей и неандертальцев. Возможно, такие особенности указывают на различия в устойчивости к внешним воздействиям между двумя видами? С другой стороны, зачем бы неандертальцам быть более чувствительными к боли? Непонятно, какие факторы могли способствовать распространению этих мутаций — а ведь такие факторы должны существовать, иначе почему бы мутациям встречаться во всех трёх известных геномах неандертальцев, да еще и в гомозиготе? Сванте Паабо хочет разобраться как с этим вопросом, так и с другими, связанными с физиологией древних людей, и грозится секвенировать для этого геномы 100 неандертальцев. Неплохая задачка!