Как и у автомобилей, у генов развития есть несколько способов остановиться

Исследователь из Университета штата Мичиган обнаружил, что существует несколько способов подавления активности генов.

Снижение активности — это нормальный процесс, при котором здоровые гены выходят из цикла развития. Результаты, опубликованные на этой неделе в журнале Current Biology, описывают, как специфические репрессорные белки — названные исследователями Hairy и Knirps — замедляют гены во время развития. Процесс сравним с замедлением автомобиля, говорит молекулярный биолог Дэвид Арности.

Связывание репрессорных белков с ДНК обеспечивает молекулярный переключатель для такой регуляции. Хотя оба типа белков идентифицированы как супрессоры экспрессии генов, каждый из них использует различный молекулярный механизм для остановки процесса, заявил Арности, директор инициативы MSU по экспрессии генов в развитии болезней.

Эти механизмы могут стать ключом к объяснению того, как такие заболевания, как рак, диабет и артрит, могут быть связаны с генами, которые не могут правильно переключиться и остановиться, сказал Арности.

«В автомобильных терминах, водитель может либо нажать на тормоз, либо переключить передачу, чтобы достичь того же результата», — сказал Арности, опубликовавший статью с Ли М. Ли, бывшей аспиранткой MSU, ныне работающей в Калифорнийском университете в Беркли. — «Аналогично, белки-репрессоры короткого и дальнего действия оба мешают базовому аппарату экспрессии генов, но разными способами».

Секвенируя геном человека, ученые составили список деталей и могут указать на гены, играющие роль в заболевании. Однако благодаря исследованиям Ли и Арности ученые теперь могут начать понимать, как эти гены регулируются с помощью специальных механизмов, что помогает увидеть, как контролируются гены всего организма.

«Такие механистические исследования дают нам инструкции по сборке для генома, — сказал Арности. — По сути, они дают нам способ читать инструкции по геномному контролю».

Исследование Арности проводилось на плодовых мушках, которые имеют больше генетических сходств с людьми, чем считалось ранее. Основываясь на этих сходствах, исследование команды вскоре может привести к достижениям в медицине человека.

«Мы любим говорить, что плодовые мушки — это как маленькие люди с крыльями; у них те же основные генетические гайки и болты, включая генетические переключатели и белки, — сказал Арности. — Хотя наша работа — первая в своем роде, это лишь небольшой шаг для других ученых, чтобы начать проводить такие же исследования на человеческих генах. В отношении болезней это исследование дает нам базовые инструменты, чтобы взглянуть на гены в болезненном состоянии и понять, что идет не так на генетическом уровне».

Исследование Арности развивает работу GEDD — группы исследователей MSU, использующих передовые молекулярные подходы для понимания механизмов регуляции генов и содействия совершенству в подготовке следующего поколения биологов. Одна из областей, которую продвигает группа, — это исследования в области интегрированной системной биологии.

«Применяя подход системной биологии, мы начинаем понимать, что причиной рака является не один плохой ген, — сказал Арности. — Мы начинаем распутывать, как генетические переключатели общаются друг с другом, а также как несколько слегка дефектных генов взаимодействуют, создавая болезненное состояние».