Учёные раскрыли механизм «включения/выключения», создающего дифференцировку клеток

Биологи обнаружили, как клетки становятся разными друг от друга в процессе эмбриогенеза. Это открытие даёт новое понимание генетической активности и может помочь лучше изучить причины заболеваний и врождённых дефектов.

«Учёные много лет знали, что изменение того, какие гены включены в конкретной клетке, может привести к врождённым дефектам и раку, — объясняет Стивен Смолл, профессор кафедры биологии Нью-Йоркского университета и старший автор статьи в журнале Molecular Cell. — Однако тонкости этого процесса активации были неясны. Наши результаты показывают, как этот процесс регулируется во время развития эмбриона».

Предыдущие исследования идентифицировали промоторы — или «переключатели вкл/выкл» — для тысяч генов. Однако эти работы не объясняли, как именно активируются эти промоторы, оставляя неясными фундаментальные аспекты дифференцировки клеток во время эмбриогенеза.

Исследование в Molecular Cell было сосредоточено на гене hunchback (hb), который делает клетки в головной области эмбриона мухи отличными от клеток в брюшной области.

Биологи из NYU расшифровали последовательность ДНК в области, называемой «hb-промотор» или генетический «переключатель вкл/выкл».

«Если переключатель hb-промотора выключен, ген hb молчит и не экспрессируется, — поясняет Смолл. — Однако если он включён, ген производит РНК-копию самого себя, что необходимо для спецификации развития головы».

В эмбрионе переключатель hb-промотора включается белком Bicoid, который связывается с другой последовательностью ДНК, называемой «энхансер» и расположенной очень далеко от промотора. Связавшись с энхансером, белки Bicoid физически контактируют с hb-промотором и затем переводят его переключатель в положение «вкл».

Смолл и его коллеги использовали особенность гена hb: у него есть два промотора — активный, который реагирует на Bicoid, и неактивный, который не реагирует.

«Точно меняя последовательности между неактивным и активным промоторами, мы обнаружили, что активный промотор содержит две короткие последовательности, необходимые для ответа на Bicoid, — отмечает Смолл. — Когда мы мутировали эти последовательности, активный промотор эффективно выключался, а когда мы вставляли их в неактивный промотор, он эффективно включался».

«Тела сложных животных содержат много типов клеток, и каждый тип клеток уникален, потому что включает определённый набор генов, — добавляет он. — Эта статья описывает, как один из первых клеточно-специфичных генов включается в определённой области раннего эмбриона».