ДНК в скрученном диалоге: организация генома — ключевой элемент контроля экспрессии генов

Во время развития эмбриона гены динамично и очень точно включаются и выключаются, чтобы придать разным клеткам различные свойства и построить пропорциональный и здоровый организм. Ген Fgf8 — один из ключевых в этом процессе, контролирующий, в частности, рост конечностей и формирование различных областей мозга. Исследователи из EMBL выяснили, как сам Fgf8 в эмбрионах млекопитающих контролируется серией множественных, взаимозависимых регуляторных элементов. Их выводы, опубликованные в Developmental Cell, проливают новый свет на важность структуры генома для регуляции генов.

Fgf8 контролируется большим количеством регуляторных элементов, которые сгруппированы в одном крупном регионе генома и перемежаются другими, несвязанными генами. Как последовательности, так и сложная геномная организация этих элементов оставались очень стабильными на протяжении эволюции, что доказывает их важность. Избирательно меняя относительное расположение регуляторных элементов, исследователи смогли изменить их совокупное влияние на Fgf8 и, следовательно, радикально повлиять на эмбрион.

«Мы показали, что удивительно сложная организация этого региона генома является ключевым аспектом регуляции Fgf8, — объясняет Франсуа Шпиц, руководивший исследованием в EMBL. — Fgf8 реагирует на сигналы определённых регуляторных элементов, а не других, потому что находится в особом месте, а не потому что это особый ген. То, как регуляторные элементы способствуют активации гена, определяется не специальным меточным кодом, а тем, где именно в геноме находится ген».

Учёные продолжают изучать молекулярные детали этого регуляторного механизма. Вероятно, то, как ДНК складывается в 3D-пространстве, может при определённых условиях сближать разные наборы регуляторных элементов друг с другом и с Fgf8, чтобы запустить или предотвратить экспрессию гена.

Эти результаты подчёркивают уровень сложности регуляции генов, который часто упускают из виду. Регуляторные элементы не состоят в парных отношениях с конкретным геном, имеющим подходящую последовательность ДНК. Локальная геномная организация и 3D-сворачивание ДНК могут быть более важными факторами, которые одновременно модулируют действие регуляторных элементов и обеспечивают их контакт с геном-мишенью.

Необходимы дальнейшие исследования, чтобы детально понять влияние 3D-структуры ДНК на коммуникацию между различными элементами генома и на регуляцию экспрессии генов. В перспективе это также может углубить понимание того, как геномные перестройки могут нарушать эти 3D-регуляторные сети и приводить к заболеваниям и порокам развития.