Последовательности ДНК в начале генов плодовой мушки содержат больше информации, чем считалось

Новое исследование, проведенное учеными из Института медицинских исследований Стоуэрс, показывает, как клетки эмбриона плодовой мушки Drosophila melanogaster регулируют активность генов в первые часы жизни. Работа опубликована 13 августа в журнале eLife Sciences.

Ключевой процесс — midblastula transition

После оплодотворения клетки эмбриона быстро делятся, почти не используя собственную ДНК, и полагаются на материнские РНК. Затем наступает midblastula transition — момент, когда клетки начинают массово считывать свои собственные гены. Как они подготавливаются к этому и как выбирают небольшой набор генов для ранней активации — важный вопрос для понимания развития и болезней.

Неожиданная роль промоторов

Команда под руководством доктора Джулии Цайтлингер обнаружила, что скорость и характер транскрипции определяются особыми инструкциями в промоторной области гена. Ранее считалось, что промоторы универсальны, но исследование показало, что они имеют разные функции.

Ученые ожидали, что перед midblastula переходом РНК-полимераза II будет часто делать паузу в начале генов, готовясь к массовой активации. Однако метод ChIP-seq выявил обратное: до перехода полимераза почти не делала паузы, быстро транскрибируя около 100 ранних генов. Широкое распространение паузы началось только во время самого перехода.

Три типа промоторов с разными функциями

Анализ ДНК-последовательностей выявил три типа промоторов, коррелирующих с поведением РНК-полимеразы:

  1. "Срочные" промоторы (с TATA-боксом): командуют быстрой транскрипцией без пауз, характерны для генов, активных до перехода.
  2. Промоторы с паузой (с элементами GAGA, DPE, MTF, PB): связаны с генами, активируемыми во время перехода, позволяют полимеразе делать паузу для тонкой регуляции.
  3. Комбинированные промоторы (содержат и TATA-бокс, и элементы паузы): на таких генах полимераза сначала работает без паузы, но начинает делать ее во время перехода.

Значение открытия

По словам Джулии Цайтлингер, понимание работы промоторов помогает расшифровать, как в геноме закодировано развитие и болезни. Поскольку эти промоторные последовательности не уникальны для мух, их типы, вероятно, консервативны и у других животных.

"Промоторы некоторыми учеными воспринимались как скучные, — добавляет Цайтлингер, — но теперь они становятся по-настоящему интересными".