Роль энхансеров во всплесках генной активности

Новое исследование Принстонского университета показывает, что спорадические всплески активности генов могут быть важной чертой генетической регуляции, а не просто случайными сбоями. Учёные обнаружили, что участки ДНК, называемые энхансерами, могут увеличивать частоту этих всплесков, что указывает на их роль в контроле работы генов.

Исследователи проанализировали видеозаписи транскрипции ДНК в эмбрионах дрозофилы. В работе, опубликованной в журнале Cell 14 июля, было установлено, что изменение положения энхансера относительно целевого гена приводит к драматическим изменениям в частоте всплесков транскрипции.

Транскрипция ДНК происходит, когда фермент РНК-полимераза преобразует код ДНК в соответствующий код РНК. Около десяти лет назад учёные с удивлением обнаружили, что этот процесс может быть спорадическим и переменчивым, а не плавным и непрерывным.

В данном исследовании изучалась роль энхансеров в этих транскрипционных всплесках. Энхансеры распознаются ДНК-связывающими белками для увеличения или уменьшения скорости транскрипции, но их точные механизмы действия плохо изучены.

Визуализация транскрипции в живых эмбрионах стала возможной благодаря новой методике, разработанной три года назад, которая предполагает использование флуоресцентных меток на молекулах РНК.

Учёные применили эту технику live-визуализации для изучения эмбрионов дрозофилы на ключевой стадии развития — примерно через два часа после начала эмбриональной жизни, когда гены подвергаются быстрой и активной транскрипции в течение примерно часа. В этот период наблюдалось значительное увеличение всплесков активности: РНК-полимеразы синтезировали новый транскрибированный сегмент РНК каждые 10-15 секунд в течение 4-5 минут за один всплеск, после чего гены "отдыхали" несколько минут перед следующим эпизодом.

Влияние положения энхансера

Команда изучила, влияет ли расположение энхансера (перед геном или после него) на количество всплесков:

• При расположении энхансера после гена наблюдались периодические всплески транскрипции.
• При расположении энхансера перед геном наблюдались некоторые колебания, но не дискретные всплески.
• Чем ближе энхансер к промотору, тем чаще происходят всплески.

Дополнительный анализ данных подтвердил, что частота всплесков связана с силой энхансера в повышении экспрессии гена: сильные энхансеры вызывали больше всплесков, чем слабые. Также было показано, что вставка участка ДНК, называемого инсулятором, снижает количество всплесков и подавляет экспрессию гена.

Неожиданное открытие о работе энхансеров

Во второй серии экспериментов было продемонстрировано, что один энхансер может одновременно активировать два гена, расположенных на некотором расстоянии друг от друга в геноме и имеющих отдельные промоторы. Ранее предполагалось, что такой энхансер будет облегчать всплески в одном промоторе за раз. Однако вместо этого наблюдалось одновременное возникновение всплесков на обоих генах.

Это открытие ставит под сомнение традиционные модели взаимодействия энхансеров и промоторов через образование петель в хромосоме и указывает на новые направления для будущих исследований.