Различная экспрессия генов у рыбок данио

Раннее эмбриональное развитие позвоночных контролируется генами и их «грамматикой». Расшифровка этой грамматики может помочь понять формирование аномалий или рака или разработать новые лекарства. Впервые в исследовании обнаружено, что в разные фазы развития рыбок данио существуют различные механизмы транскрипции ДНК в РНК во время экспрессии генов. Исследование представлено учёными KIT в журнале Nature.

После секвенирования нескольких геномов и расшифровки генетического материала человека многие вопросы о структуре и функции генетической информации остаются без ответа. Учёные ищут на ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), носителе генетической информации, грамматику, регулирующую экспрессию генов. Результатом этой экспрессии является РНК (рибонуклеиновая кислота), которая преобразует генетическую информацию в белки. Ключевой процесс экспрессии генов — транскрипция, при которой РНК синтезируется на основе матрицы ДНК. Однако до сих пор неизвестно, где именно начинается транскрипция и какие регулярно повторяющиеся сегменты ДНК, модификации ДНК или структурные изменения ДНК необходимы для определения её начала. Полное понимание регуляции транскрипции может позволить целенаправленно вмешиваться в эти механизмы и разрабатывать новые лекарства.

Международная команда учёных, включая Уве Штрэле, руководителя Института токсикологии и генетики (ITG) KIT, и его сотрудников доктора Оливье Амана и доктора Марко Ферга, детально изучила процессы, связанные с началом транскрипции у рыбок данио. ITG управляет Европейским центром ресурсов рыбок данио (EZRC) — центральным архивом для культивирования и распространения рыб, а также скрининговым центром. В генетике рыбка данио считается важным модельным организмом для изучения позвоночных. Используя высокопроизводительный метод CAGE (Cap Analysis of Gene Expression), учёные определили точки начала транскрипции многих тысяч генов в различные фазы эмбрионального развития данио.

Сравнение данных показало, что использование определённых точек старта различается, в частности, в двух фазах эмбрионального развития: до и после активации эмбрионального генома. «До активации растущий эмбрион использует для производства белков транскрипты, отложенные матерью в яйцеклетке, — объясняет доктор Марко Ферг из ITG. — Геном матери действует как матрица или комплементарный шаблон. После активации эмбрионального генома транскрипты производятся заново. Затем матрицей служит геном эмбриона». С помощью методов секвенирования нового поколения для расшифровки неизвестных последовательностей ДНК с высокой пропускной способностью исследователи ITG впервые обнаружили, что в разные фазы развития существуют различные механизмы транскрипции.

Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, является ли специфическое использование точек начала транскрипции широко распространённым механизмом регуляции генов. «Если это так, возможно, удастся контролировать транскрипцию и целенаправленно противодействовать таким заболеваниям, как рак, которые вызваны её дефектами, — говорит Марко Ферг. — Однако мы всё ещё находимся в фазе фундаментальных исследований».