Биологи раскрыли механизм регуляции экспрессии генов в зрительной системе
Биологи обнаружили ключевой механизм регуляции, используемый для экспрессии генов в зрительной системе. Результаты исследования, опубликованные в журнале Cell, проливают свет на сложность генетической организации биологических систем.
Исследование, проведенное учеными из Нью-Йоркского университета, Университета Окаямы (Япония), Детской больницы Цинциннати и Университета Вюрцбурга (Германия), было сосредоточено на фоторецепторных клетках сетчатки плодовой мушки Drosophila. Drosophila — мощная модель для изучения развития глаза, позволяющая проводить специфические генетические манипуляции.
Хотя ученые определили функции многих генов, взаимодействие между ними изучено плохо, особенно в таком сложном органе, как глаз. Например, в глазу Drosophila паттерны экспрессии родопсинов — светочувствительных белков сетчатки — определяют как минимум 13 различных типов фоторецепторов.
Целью работы было понять, как гены взаимодействуют по-разному в разных клетках, образуя сети для контроля точных паттернов экспрессии генов родопсина.
В ходе исследования был идентифицирован ген, являющийся критическим узлом в этой сети — defective proventriculus (dve). Он регулирует экспрессию нескольких генов родопсина в зрительной системе. Ученые сравнили нормальные и мутантные системы.
Ключевые находки:
- В мутантах по гену dve родопсины, характерные для фоторецепторов цветового зрения, начинают экспрессироваться в фоторецепторах, отвечающих за обнаружение движения.
- Эта мутация вызывает дефекты в обнаружении света, особенно при восприятии тонких различий в уровне освещенности.
Механизм регуляции:
Ген dve является общим компонентом двух противоположных, сцепленных петлей прямой связи (FFL), которые служат критическими сетевыми мотивами, контролирующими экспрессию генов.
- В одной FFL белок Dve подавляет экспрессию родопсина в фоторецепторах движения.
- В фоторецепторах цветового зрения вторая FFL снимает репрессию, опосредованную Dve, и одновременно активирует экспрессию родопсина.
Таким образом, эта сеть одновременно ограничивает и индуцирует экспрессию, специфичную для типа клеток. Исследователи пришли к выводу, что такая сцепленная FFL может быть общим механизмом контроля экспрессии генов.
"Мы знаем, что гены работают в комбинациях, но согласованность взаимодействий между типами клеток изучена плохо. Мы показываем, как эти сети функционируют в нескольких различных типах клеток — этот механизм гарантирует, что родопсины находятся в правильных клетках", — пояснил соавтор исследования Роберт Джонстон.