科学家们开始解开DNA的复杂性增强剂

动物多样性与进化是由我们的遗传密码是如何表达的变化。特定DNA序列称为增强控制,何时以及如何强烈的基因表达在开发过程中创建相应的有机体。研究增强剂以及它们如何导致不同的基因表达模式因此帮助我们理解更多关于如何进化。除了推动物种进化的,增强剂也与疾病相关:突变增强剂与80%以上的人类疾病有关。

“我们所看到的自然是引起生物多样性,在很大程度上,通过增强剂的变化,”贾斯汀·克罗克解释道,海德堡EMBL的组长。“理解——随后试图预测进化的时候气候变化,许多动物都在压力下迅速适应快速变化的环境中,是一个重要的任务。”

尽管有广泛的关联进化和疾病,研究人员仍然难以理解增强剂在我们的基因组编码,是多么容易重新编程,例如预防或治疗疾病。为了了解更多关于增强剂,克罗克集团从海德堡EMBL的进行了大量的研究,发表在自然在生物模型,在一个特定的增强剂黑腹果蝇,一种果蝇。组发现该增强器——控制模式,头发生长在苍蝇——比预期的包含更多的信息。

“每当我们增强DNA序列的改变一个字母,我们创建了一个重大改变基因表达的模式它开车,”解释了蒂莫西·福EMBL的博士生和论文的第一作者。“我们还发现,几乎所有的突变剂以多种方式改变基因表达模式。例如,一个突变控制不仅在表达模式是在飞,但当,多少基因的表达。”

这个3 d视频的果蝇胚胎被用共焦显微镜成像管道克罗克组和先进的海德堡EMBL的光学显微镜设施发达。绿色标记的细胞会产生毛和红色标记的模式是由一个特定的控制增强子序列研究。信贷:盖福/ EMBL的。

这些结果是令人惊讶和矛盾以前知道什么增强剂。研究人员认为,这些复杂的基因表达模式是由不同的蛋白质粘附增强剂。第一个线索,这可能不是真的当克罗克和他的团队发现,人工合成的增强子不像设计的那样。他们最近的结果支持这一观点。“结果表明,发展增强编码更高级别的信息比以前欣赏,“克罗克说。“当我们收到数据,我是真的震惊了!我不敢相信,我们重复的一切,当我们认为有错误。”

重要的是,信息编码在增强剂的密度也限制了动物如何演变。这项研究还显示,每个可能的变异有一定的可能性发生。这给了科学家的见解,可能导致进化。“我们可以利用这个信息来预测模式在野生果蝇。这到目前为止已经非常困难,”福说。“我们的结果应该鼓励社区重新评估我们的假设关于这些地区为人类健康作出贡献。”

在研究增强剂是一种建立在分子生物学领域,本研究的独特之处在于大量的突变研究。集团创建的700多独特,随机生成的突变在单一增强剂。“从来没有人研究过很多增强器变异在这种层次的深度。就好像在我们眼前发生了进化!”突出了福。执行很多实验,团队——的帮助下建造的Janelia研究校园和先进的光学显微镜EMBL的设施——一个机器人处理飞胚胎用于研究和自动显微镜管道图像的突变。

“我们的研究显示,我们知道增强剂是过于简单化。这表明我们必须学习增强剂在比以往更加详细,”福说。因此,在下一步中,团队不仅希望扩大管道,其吞吐量,但是还计划研究其他增强剂,看他们是否可以观察到类似的效果。“我们发现可以应用到其他增强剂或不呢?我们还不知道。但是我们计划发现,“克罗克总结道。

参考:福库商学院T,约旦J, van Breugel我,et al。密度和多向性的监管信息发展增强剂。自然》2020。doi: 10.1038 / s41586 - 020 - 2816 - 5。

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。