Комплексная карта динамики активности генов в эмбриональном развитии

Эмбриональное развитие включает строго скоординированную активность тысяч генов, каждый из которых активируется в определенное время и в определенном месте растущего организма под контролем регуляторных последовательностей ДНК, называемых промоторами. Международная группа исследователей, включая Пьеро Карнинци из Центра наук о жизни RIKEN, создала первый позвоночный «промотером» — полногеномную карту того, как использование промоторов меняется в процессе развития.

Исследователи получили образцы РНК из рыбок данио на 12 ключевых стадиях развития и использовали метод CAGE (cap analysis of gene expression), чтобы определить использование промоторов в каждом образце. Образцы содержат матричные РНК (временные копии последовательностей ДНК, несущие информацию для синтеза белка) и другие длинные некодирующие РНК. Транскрипты можно идентифицировать и изолировать по общему мотиву — 5'-кэпу, а затем секвенировать, чтобы установить, какой промотор использовался для их синтеза.

Анализ данных выявил ряд ранее неизвестных особенностей регуляции генов. После самых ранних стадий развития РНК, унаследованные от матери, разрушаются и заменяются РНК, производимыми эмбрионом. Эти РНК производятся с использованием другого набора промоторов, чем те, что участвуют в производстве материнских транскриптов. Впервые такой переключение в использовании промоторов было картировано в широком масштабе и с такой высокой точностью.

Исследователи сравнили данные с эквивалентными наборами, собранными ранее для плодовых мух, иглобрюхов и людей. Сравнение показывает, что все позвоночные имеют поразительно схожие механизмы регуляции генов, которые принципиально отличаются от механизмов беспозвоночных.

Также был идентифицирован ранее неизвестный регуляторный элемент в промоторах позвоночных. Эта последовательность, богатая азотистыми основаниями аденином (A) и гуанином (G), вероятно, является общим регуляторным элементом для всех видов позвоночных.

Промотером данио — это первая крупномасштабная карта генома рыбы. Результаты показывают, что существуют важные особенности, консервативные в базовой структуре промоторов. «Мы идентифицировали короткие участки ДНК, которые используются одинаково в далеких геномах, — говорит Карнинци. — В частности, элементы, которые заставляют ген инициировать транскрипцию РНК».

Карнинци считает, что применение метода CAGE будет чрезвычайно полезным для идентификации регуляторных последовательностей ДНК у многих организмов. «Сейчас мы расширяем использование CAGE на несколько других организмов», — отмечает он.