Гистоновые модификации — «влиятельные лица» пробуждения зиготического генома

Данио-рерио — важный модельный организм. Люди и данио разделяют 70% генов, а для более 80% человеческих генов, связанных с болезнями, известны их аналоги у рыб. Кроме того, их полный геном секвенирован, а выращивать рыб эффективнее, чем мышей.

Развитие данио отличается от млекопитающих: оплодотворение яйцеклетки внешнее. Однако большинство последовательностей, связанных с эмбриональным развитием и регуляцией, консервативны у разных видов.

Эволюция регулирует экспрессию этих последовательностей через модификации ДНК и гистоновых белков. Эти эпигенетические факторы определяют, станут ли гены функциональными, изменяя химический и/или структурный состав ДНК.

Группа учёных из Токийского технологического института под руководством профессора Хироши Кимуры изучила эпигенетические изменения во время развития данио. «Структурная консервативность гистонов и ключевых ферментов для транскрипции (например, РНК-полимеразы II), а также прозрачность эмбрионов данио делают их идеальной моделью», — говорит профессор Кимура.

Используя метод FabLEM для визуализации динамики посттрансляционных модификаций в живых клетках, команда наблюдала активную РНК-полимеразу II во время зиготической активации генома (ZGA) — процесса, когда развитие эмбриона переходит под контроль зиготы, а не материнских запасов.

Сравнив изменения гистоновых модификаций со временем активации генома, учёные обнаружили, что ацетилирование 27-го лизина в гистоне H3 (H3K27) концентрируется перед активной транскрипцией. Визуализация транскриптов рано активируемого гена miR-430 вместе с ацетилированием H3K27 подтвердила это. Ингибитор транскрипции не предотвращал накопление ацетилирования H3K27. Результаты показывают, что ацетилирование H3K27 — это эпигенетический фактор, который «будит» геном для транскрипции.

Поскольку РНК-полимераза II есть у всех видов, метод можно применять для изучения развития других организмов. «Это открывает возможность дальнейших исследований связи между регуляцией транскрипции и организацией ядра», — отмечает профессор Кимура.