Биологи впервые составили карту "горячих точек" активности множества генов в развивающихся эмбрионах

Многолетняя работа биологов-эволюционистов из Тринити-колледжа в Дублине совместно с коллегами из Центра генетики человека MRC Эдинбургского университета позволила создать ресурс, который поможет исследователям оценить, как ключевые гены контролируют дифференцировку тканей и органов развивающихся эмбрионов.

Коллектив проанализировал эти ключевые гены, их коммуникационные связи и их влияние в 3D-пространстве эмбриона мыши на нескольких стадиях развития. Результаты опубликованы в журнале Development.

В чём состоит прорыв?

Определённые гены и генные сети играют важную роль в определении того, как развивается эмбрион, формируются различные типы клеток (мышечные, костные, нейроны) и где появляются органы. Уже несколько десятилетий с помощью методов молекулярной биологии можно было определить, где и когда включается один из этих "Wnt-генов", что помогало понять его роль в управлении эмбриональным развитием.

Технику приходилось выполнять для каждого гена по отдельности, чтобы получить "снимок" его экспрессии в 3D-пространстве эмбриона в конкретный момент времени. В этой работе удалось решить сложную задачу: сопоставить эти пространственные данные для многих генов, интегрировать и сравнить, где каждый ген включается в развивающемся эмбрионе. Разработка инструментов для этого стала крупным достижением для коллег-биоинформатиков из проекта Edinburgh Mouse Atlas.

Неожиданные открытия

Такой подход позволил сделать ряд открытий, которые были бы невозможны без интеграции всех паттернов. Например, удалось выявить, где сигнальный путь неактивен из-за того, что тот или иной его компонент не активирован.

Вероятно, самым новым открытием стало обнаружение "горячих точек" в эмбрионе, где одновременно включается очень много этих генов. Некоторые из этих "горячих точек" известны как места расположения важных групп клеток, управляющих развитием, но некоторые были ранее неизвестны и выявили ранее невидимые сигнальные центры в эмбрионе.

Новые возможности для исследований

Вместе с публикацией все исходные и обработанные данные, а также инструменты для их визуализации были сделаны свободно доступными. Теперь любой биолог-эволюционист может задавать вопросы об этой системе клеточной коммуникации в любой части эмбриона. Например, коллеги, интересующиеся развитием почки или мозга, могут детально изучить компоненты системы, включённые в этой части эмбриона.

Также теперь можно использовать эти данные, чтобы задавать вопросы об эволюции системы. Например, у мыши и человека есть 19 очень похожих генов. Эти множественные гены возникли в результате дупликации генов очень давно. Теперь можно исследовать, как гены дивергировали, каждый взяв на себя уникальные функции в ходе развития сложного многоклеточного эмбриона.

Следующие шаги

В настоящее время команда проводит целенаправленный анализ интегрированного набора данных в развивающихся зачатках конечностей, чтобы лучше понять, как система клеточной коммуникации работает в конечности. Также исследователи с нетерпением ждут, как данные будут использоваться коллегами с разными специализированными интересами для углубления понимания всех развивающихся систем.