Sulla base genetica dell'evoluzione della perdita della coda negli esseri umani e nelle scimmie

The loss of the tail is among the most notable anatomical changes to have occurred along the evolutionary lineage leading to humans and to the ‘anthropomorphous apes, with a proposed role in contributing to human bipedalism. Yet, the genetic mechanism that facilitated tail-loss evolution in hominoids remains unknown. Here we present evidence that an individual insertion of an Alu element in the genome of the hominoid ancestor may have contributed to tail-loss evolution. We demonstrate that this Alu element—inserted into an intron of the TBXT gene—pairs with a neighbouring ancestral Alu element encoded in the reverse genomic orientation and leads to a hominoid-specific alternative splicing event. To study the effect of this splicing event, we generated multiple mouse models that express both full-length and exon-skipped isoforms of Tbxt, mimicking the expression pattern of its hominoid orthologue TBXT. Mice expressing both Tbxt isoforms exhibit a complete absence of the tail or a shortened tail depending on the relative abundance of Tbxt isoforms expressed at the embryonic tail bud. These results support the notion that the exon-skipped transcript is sufficient to induce a tail-loss phenotype. Moreover, mice expressing the exon-skipped Tbxt isoform develop neural tube defects, a condition that affects approximately 1 in 1,000 neonates in humans. Thus, tail-loss evolution may have been associated with an adaptive cost of the potential for neural tube defects, which continue to affect human health today.

La perdita della coda è tra i cambiamenti anatomici più notevoli avvenuti lungo la linea evolutiva che ha portato all'uomo e alle "scimmie antropomorfe", con un ruolo proposto nel contribuire al bipedismo umano. Tuttavia, il meccanismo genetico che ha facilitato l'evoluzione della perdita della coda negli ominoidei rimane sconosciuto. Qui presentiamo prove che un'inserzione individuale di un elemento Alu nel genoma dell'antenato ominoide potrebbe aver contribuito all'evoluzione della perdita della coda. Dimostriamo che questo elemento Alu, inserito in un introne del gene TBXT si accoppia con un elemento Alu ancestrale vicino codificato nell'orientamento genomico inverso e porta a un evento di splicing alternativo specifico degli ominoidei. Per studiare l'effetto di questo evento di splicing, abbiamo generato diversi modelli murini che esprimono sia isoforme di Tbxt a lunghezza intera che isoforme con salto esonico , mimando il pattern di espressione del suo ortologo ominoide TBXT . I topi che esprimono entrambe le isoforme di Tbxt mostrano una completa assenza della coda o una coda accorciata a seconda dell'abbondanza relativa di isoforme di Tbxt espresse a livello dell'abbozzo caudale embrionale. Questi risultati supportano l'idea che il trascritto con salto esonico sia sufficiente a indurre un fenotipo di perdita della coda. Inoltre, i topi che esprimono l' isoforma di Tbxt con salto esonico sviluppano difetti del tubo neurale, una condizione che colpisce circa 1 neonato su 1.000 nell'uomo . Pertanto, l'evoluzione con perdita della coda potrebbe essere stata associata a un costo adattativo del potenziale di difetti del tubo neurale, che continuano a influenzare la salute umana oggi.