Карта тіла: як відбувається процес побудови і старіння нашого організму
Вчені довго шукали спосіб розгадки того, як гени HOX створюють карту тіла – ключ до розшифровки цього генома може відкрити таємниці процесів побудови і старіння нашого організму.
На даний час міжнародна група дослідників з Колумбійського університету та Іспанської національної дослідницької ради (CSIC), з центром в Університеті Пабло де Олавіде в Севільї, Іспанія, знайшла метод, який може визначити роль, яку відіграє кожен ген Hox в організмі плодової мухи. Результати дослідження, нещодавно опубліковані в Nature Communications, допомагають осмислити точний процес, який має вирішальне значення для розуміння не тільки зростання і розвитку, але також старіння і хвороб організму.
«Геном, який містить тисячі генів і мільйони літер ДНК, є найскладнішим з коли-небудь написаних кодів, – сказав Річард Манн, доктор філософії, головний дослідник Колумбійського університету з вивчення інтелектуальної поведінки. – Розшифровка цього коду виявилася настільки важкою тому, що еволюція написала його на зорі свого існування і удосконалювала протягом сотень мільйонів років. Сьогоднішнє дослідження пропонує ключ до злому цього коду, наближаючи нас, як ніколи, до розуміння того, як гени Hox будують здорове тіло або як цей процес порушується при хворобі».
Гени Hox дуже древні, вони присутні у всіх видів тварин, навіть у примітивних, наприклад, медуз. Кожен тип організму має різні комбінації цих генів. У плодових мух вісім генів Hox, а у людини – 39.
Ці гени виробляють спеціальні білки, які називають чинниками транскрипції, що взаємодіють з подібними білками, званими кочинниками Hox, щоб зв'язуватися з різними сегментами ДНК і вмикати та вимикати багато інших генів у потрібний час.
«Оскільки ці гени тісно пов'язані з багатьма аспектами розвитку, виявилося неймовірно складним виділяти окремі гени Hox і відстежувати їх активність з плином часу, – пояснює Джеймс Кастеллі-Гейр Хомбрія, доктор філософії, головний дослідник в Університеті Пабло де Олавіде. – У нас було неймовірно складне рівняння для розв'язання, з величезною кількістю невідомих».
Досліджуючи генетичну активність плодової мухи, що розвивається, вчені натрапили на невеликий фрагмент регуляторної ДНК, званий VVI1 + 2, який був активним у всіх клітинах плодової мухи, що розвивається, і, мабуть, регулювався усіма вісьмома генами Hox, присутніми у цієї комахи. Повсюдне поширення сегмента ДНК VVI1 + 2 в тілі мухи, що розвивається, зробило його ідеальною системою для вивчення сімейства генів Hox. Цей відрізок ДНК дав ученим можливість розробити метод систематичного управління активністю VVI1 + 2, щоб побачити, як функціонує кожен ген Hox. Фахівці використовували складний комп'ютерний алгоритм під назвою No Read Left Behind (NRLB) і, шляхом численних біохімічних і обчислювальних аналізів, змогли систематично маніпулювати активністю ланцюга Hox з безпрецедентним рівнем точності. Тепер у експертів з'явилася відправна точка для систематичної розшифровки генів Hox і розуміння генетики розвитку тіла.
Висновки дослідників є особливо багатообіцяючими, оскільки можуть бути застосовані до всього геному. Етапи, які Hox-гени роблять для регуляції VVI1 + 2, можуть підказати, як Hox-гени регулюють ДНК не тільки у плодових мух, а й у хребетних, таких як ссавці та навіть люди. «Хоча багато що про гени Hox ще належить з'ясувати, наша робота є великим кроком уперед», – упевнений Річард Манн.
Мнение специалиста