Эволюция повторно использует успешные генетические "чертежи"
В развитии эмбриона множество различных специализированных типов клеток возникает из оплодотворённой яйцеклетки. Генетическая информация идентична во всех клетках организма, а различия возникают благодаря контролю активности генов особыми белками — транскрипционными факторами.
Учёные давно спорят, были ли генетические программы, управляющие этим развитием, "изобретены" в эволюции один раз или возникали независимо у разных видов. Предыдущие исследования в разной степени поддерживали обе теории.
Команда исследователей из Австрии и США изучила ключевые регуляторные белки у шести разных видов плодовой мушки Drosophila. Они исследовали развитие мезодермы — одного из трёх первичных зародышевых листков у эмбрионов всех высших организмов. Клетки мезодермы дают начало мышечным, сердечным, соединительным и костным клеткам.
Эволюция с фактором Twist
"Некоторые изученные виды мух родственны так же, как человек и другие приматы. Другие — отстоят друг от друга как человек и птицы", — объясняет Александр Старк, системный биолог из Исследовательского института молекулярной патологии (IMP) в Вене.
Команда сосредоточилась на транскрипционном факторе Twist и изучила его сайты связывания на ДНК у разных видов. Оказалось, что эти сайты связывания очень похожи у всех мух. Это говорит о том, что программа, регулирующая развитие мезодермы, была "переработана" (рециклирована) в ходе эволюции, а не изобреталась независимо у этих животных.
Кроме того, исследование показало, что Twist взаимодействует с другими транскрипционными факторами, чтобы точно связываться с ДНК в нужных позициях. Более глубокое понимание этих механизмов поможет понять, как развиваются высшие организмы, включая человека, и как ошибки в регуляции генов могут приводить к таким заболеваниям, как рак.
Сеть сотрудничества
Исследование стало результатом сотрудничества двух бывших коллег из MIT:
- Джулия Цайтлингер (Институт медицинских исследований Стоуэрс и Медицинская школа Университета Канзаса) идентифицировала сайты связывания транскрипционных факторов.
- Александр Старк (IMP, руководитель подпроекта Bioinformatics Integration Network III) отвечал за предсказание и анализ данных.