Гены-архитекторы переключаются для формирования руки

Гены Hox, отвечающие за организацию структур тела во время эмбрионального развития, управляют формированием передних конечностей. Швейцарские учёные под руководством Дени Дюбуля (UNIGE и EPFL) и Гийома Андре (Frontiers in Genetics National Research Center) раскрыли механизм этого сложного процесса.

Кластер генов Hoxd координирует формирование конечностей. Эти гены транскрибируются двумя последовательными волнами, что позволяет развиться сначала руке (плечу и предплечью), а затем кисти. Ранее было обнаружено, что гены, ответственные за кисть, контролируются энхансерами — специфическими последовательностями ДНК, расположенными в прилегающей области на одном конце кластера Hoxd.

Два независимых регуляторных домена

Используя методы генной инженерии, молекулярной биологии и клеточные линии эмбрионов мыши, исследователи продемонстрировали существование второго регуляторного домена. Он расположен на другом конце кластера генов Hoxd и отвечает за развитие руки.

Был расшифрован сложный диалог между генами и двумя соседними доменами: «Некоторые гены Hoxd ассоциируются только с одним из двух доменов, тогда как другие взаимодействуют с обоими, но в разных клетках и в разное время», — объясняет Гийом Андре.

Запястье возникает из «ничейной земли»

Во время роста зачатка конечности некоторые гены Hoxd смещаются к противоположному регуляторному домену, устанавливая новые контакты. Это «переключение» с одного домена на другой сигнализирует о переходе от создания руки к созданию кисти.

Однако существует промежуточная клеточная территория, которая избегает обоих регуляторных контролей, и в которой переключатель не активируется: эта зона сформирует запястье. Таким образом, сочленение активностей между доменами A и B позволяет появиться морфологическому сочленению между нашей рукой и кистью.

«Трёхмерная организация этих двух регуляторных доменов, обеспечивающая их физическую и функциональную независимость, играет важную роль в стимуляции генов Hoxd. Эти эксперименты позволили нам продемонстрировать, что существует дополнительный, топологический уровень информации для модуляции экспрессии генов. Это впервые!» — говорит Гийом Андре.