Гены — индивидуалисты, а не коллективисты в раннем развитии плодовой мушки
Активные гены не формируют кластеры и не делятся ресурсами на ранних стадиях развития плодовой мушки, согласно новому исследованию учёных из Нью-Йоркского университета и Принстона, опубликованному в журнале Current Biology.
«Иссление меняет наше представление о том, как молекулярные механизмы функционируют в базовых клеточных процессах во время развития организмов», — заявила Кристин Рашлоу, профессор биологии Нью-Йоркского университета и старший автор работы.
В рамках ядра, где гены регулируются одним типом информации, логично было бы ожидать их концентрации вблизи друг друга для совместного использования ресурсов и снижения энергетических затрат на регуляцию. Однако многие предыдущие исследования, показавшие определённый уровень организации, использовали биохимические методы, а не прямое наблюдение за физическим положением активных генов.
В данном исследовании учёные использовали метод микроскопической визуализации на плодовых мушках (Drosophila melanogaster), чтобы точно определить физическое положение активных генов. Они сфокусировались на самом раннем наборе генов, активирующихся у 90-минутных эмбрионов, и наблюдали, как белок Zelda регулирует транскрипцию этих генов, рекрутируя фермент РНК-полимеразу II (Pol-II).
С помощью высокоразрешающей микроскопии и антительного окрашивания они визуализировали Pol-II в сайтах начала транскрипции на хромосомах. Наблюдая за положением множества генов, они задались вопросом: образуют ли гены кластеры? Ответ оказался отрицательным.
«Мы предположили, что гены могут делиться пулами Pol-II в регуляторных хабах, когда находятся в близкой proximity, — сказала Рашлоу. — Однако наши данные указывают, что это не так, и гены вблизи друг друга имеют свои собственные пулы Pol-II. Это удивительно, поскольку противоречит общепринятым представлениям и, кажется, прямо противоречит результатам других методов».
Последующие эксперименты, направленные на поиск изменений в экспрессии генов или признаков совместного использования ресурсов, также не выявили доказательств кластеризации.
В отличие от «коллективистской» модели, предполагающей пространственную кластеризацию генов и совместное использование транскрипционных ресурсов, авторы приходят к выводу, что данные поддерживают «индивидуалистскую» модель контроля генов на этапе ранней активации генома у плодовых мушек.