Что 10 000 плодовых мушек рассказали о различиях между полами
Исследователи из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Великобритании и Института иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка (MPI) в Германии обнаружили механизм, позволяющий клеткам регулировать активность множества генов одновременно. Результаты, опубликованные в журнале Science, меняют устоявшиеся представления и раскрывают важный механизм, лежащий в основе гендерных различий.
Лаборатория Асифы Ахтар (ранее в EMBL, теперь в MPI) изучает, как мушки регулируют важный набор генов. У самок две X-хромосомы, а у самцов — одна, поэтому активность генов на X-хромосомах самок нужно как-то снижать, чтобы не производилось вдвое больше белков. Самцы плодовой мушки решают эту проблему, заставляя гены своей единственной X-хромосомы работать в два раза интенсивнее: эпигенетический фермент удваивает продукцию тысяч различных генов. Однако степень этого удвоения может сильно различаться от гена к гену.
Чтобы увидеть, как экспрессируются гены, учёные ищут сигналы, показывающие увеличение продукции гена. В большинстве подобных исследований продукция увеличивается в 10–100 раз. В данной работе сигнал был минимальным: увеличение всего в два раза.
Наблюдение за таким слабым сигналом — серьёзная задача. Благодаря кропотливому вскрытию личинок мух аспирантом Томасом Конрадом и детальному анализу Флоренс Кавалли и Хуанмы Васкерисаса, команде удалось собрать достаточно материала, чтобы измерить эту продукцию и напрямую сравнить самцов и самок.
Учёные обнаружили вдвое больше ДНК-транскрибирующих белков (полимераз), связанных с X-хромосомой самцов, по сравнению с X-хромосомой самок. Это означает, что различие между полами заложено в самом начале процесса транскрипции, когда полимераза впервые связывается с ДНК. Это противоречит общепринятому мнению, что механизм регуляции запускается во время транскрипции.
«Увеличение в два раза кажется незначительным, поэтому его сложно точно измерить, — говорит Ахтар. — Мы проводили массовый анализ нескольких сотен генов, и это потребовало тщательного биоинформатического анализа».
Обнаружение механизма, удваивающего экспрессию генов X-хромосомы у самцов, может иметь значение далеко за пределами изучения мух. «Это первый прямой и ясный механизм, который связывает модификацию гистонов и активность полимеразы на тысячах генов», — отмечает Ник Ласкомб, руководивший работой в EMBL-EBI.
«Теперь нам нужно глубже изучить, что делает возможным такую массовую регуляцию и как она сочетается с другими способами, которые есть у клеток для тонкой настройки использования генетической информации», — говорит Ахтар о будущих направлениях работы.