Регуляция генов у многоклеточных: роль случайности в экспрессии
Исследователи из Северо-Западного университета выяснили, как случайность (стохастичность) в экспрессии генов влияет на развитие организмов. Они обнаружили, что ключевую роль играет не количество производимой матричной РНК (mRNA), а частота её синтеза «всплесками».
Суть открытия
- Процесс: Экспрессия генов (транскрипция ДНК в mRNA и последующий синтез белка) подвержена случайным «всплескам» (bursts).
- Объект: Изучались гены-мишени двух ключевых морфогенов (Wg и Dpp) в ходе развития крыла у дрозофилы (Drosophila).
- Метод: Использовалась техника smFISH (single molecule fluorescence in situ hybridization) для измерения nascent и зрелой mRNA и сравнения с математическими моделями.
- Результат: Регуляция экспрессии происходит через изменение частоты этих стохастических всплесков (burst frequency modulation), а не через количество mRNA, производимой за один всплеск.
Ключевая аналогия
Процесс сравнили с случайным выключателем света:
- Чтобы получить больше света (экспрессии), организм не использует «более яркую лампочку» (больше mRNA за всплеск).
- Вместо этого он оставляет «выключатель» во включённом состоянии чаще (увеличивает частоту всплесков).
Значение и контекст
- Это первая эмпирическая демонстрация роли стохастичности в изменении исхода процесса развития у многоклеточного организма.
- Уровень случайности экспрессии белка зависит от физической структуры генома вокруг гена, которая модулирует «программное обеспечение» регуляции.
- Клетки могут либо использовать генетический шум для случайных решений (как в случае с определением судьбы сенсорных нейронов), либо подавлять его, если вариабельность вредна для организма.
- Открытие указывает на возможный более широкий биологический принцип количественного контроля экспрессии генов.
Исследование опубликовано 22 июня в журнале eLife. Работа выполнена в рамках NSF-Simons Center for Quantitative Biology Северо-Западного университета.