Гены развития решают конфликт пространства и времени с помощью дополнительных сигналов
Исследование, проведенное Альбертом Эрайвсом и Джастином Крокером, показало, как гены развития разрешают противоречие между пространственными и временными сигналами, используя несколько градиентов морфогенов.
Работа опубликована 1 июня в журнале Developmental Biology.
Суть проблемы
Морфогенные градиенты — это концентрационные градиенты сигнальных молекул, которые помогают клеткам эмбриона «узнать» свое положение и дифференцироваться соответствующим образом. Ответ на такой градиент кодируется в энхансерах — регуляторных последовательностях ДНК.
Однако один и тот же градиент может нести и пространственную, и временную информацию (нарастая и спадая в процессе развития). Это создает конфликт: гену может требоваться ранняя активация (низкий порог чувствительности к морфогену), но в строго определенной области (высокий порог).
Модельная система
Ученые использовали генетическую систему плодовой мушки Drosophila для изучения гена ventral neurons defective (vnd). Этот ген критически важен для правильного формирования нервной системы и активируется градиентом фактора dorsal/NFkB вдоль дорсо-вентральной оси эмбриона.
Для гена vnd существует конфликт:
- Временное требование: ранняя экспрессия (низкий порог реакции на dorsal).
- Пространственное требование: активация только в вентральном нейрогенном эктодерме (относительно высокий порог).
Ключевое открытие
Исследователи обнаружили, что Neurogenic Ectoderm Enhancer (NEE) гена vnd получает дополнительный вход от комплементарного градиента морфогена Dpp. Этот вход реализуется через высококонсервативный элемент-сайленсер Schnurri/Mad/Medea (SSE), встроенный в модуль NEE.
- NEE других генов, не вовлеченных в нейральную спецификацию, не содержат SSE и реагируют только на один градиент.
- Экспериментально показано, что добавление SSE к такому «одноканальному» NEE приводит к пространственному ограничению его активности.
Вывод
Исследование демонстрирует элегантное решение: требования конфликтующих временных и пространственных ответов на один морфогенный градиент могут быть удовлетворены за счет дополнительных входов от комплементарных градиентов. Это раскрывает новый уровень сложности в регуляции развития.
Контекст
Лаборатория Эрайвса в Университете Айовы изучает структуру, функцию и эволюцию энхансеров, используя молекулярно-генетические и эволюционно-геномные подходы.