解锁Hox基因的秘密

每一个动物,从一只蚂蚁人,包含在他们的基因组DNA片段称为Hox基因。架构师的身体,这些基因是人体的蓝图的守护者;他们决定胚胎成长为成人,包括发展动物把它的头,腿和身体的其他部位。

科学家长期以来一直在寻找方法来解读Hox基因如何创建这个身体地图;解码的关键我们如何建立我们的身体。

现在一个国际研究小组从哥伦比亚大学和西班牙国家研究委员会(CSIC)在塞维利亚大学巴勃罗·德·Olavide,西班牙已经发现一个这样的关键:一种方法可以系统地确定每个角色Hox基因在果蝇的发展。结果最近报道说,在自然通讯,为研究人员提供一个新的前进道路希望理解这一过程是混乱和精确,这是至关重要的理解不仅生长和发育,而且衰老和疾病。

“基因组,它包含成千上万的基因和DNA的数以百万计的信件,是有史以来最复杂的代码,”理查德·曼说,博士,哥伦比亚大学首席研究员莫蒂默b Zuckerman心理大脑行为研究所和论文的文章的第二作者。“破译这段代码已经被证明如此困难因为进化写在数亿年时断时续。今天的研究提供了一个破解的关键代码,让我们比以往任何时候都更了解Hox基因构建一个健康的身体,或在疾病这一过程是如何打乱了。”

Hox基因是古代;他们可以被发现在所有的动物物种。甚至原始的水母。每一种生物都有这些基因的不同组合。果蝇有八个Hox基因,而人类已经39岁。

这些基因通过生产特殊称为转录因子的蛋白质,与类似的蛋白质称为Hox代数余子式绑定到不同的DNA片段,打开和关闭其他许多基因在合适的时间——微观比例的小题大作的机器。

”,因为这些基因之间存在着错综复杂的参与发展的许多方面,它已被证明极具挑战性的孤立个体Hox基因和跟踪他们的活动随着时间的推移,”James Castelli-Gair说Hombrí,博士,首席研究员在Centro de Biologi Andaluź大学的del Desarrollo Pablo de Olavide和论文的文章的第二作者。“我们有这个极其复杂的方程来解决但是太多未知数取得重大进展。”

最近,博士Hombrí和他的团队在一点点运气。在检查在发展中果蝇基因活动,他们偶然发现了一小块监管DNA,称为vvI1 + 2,有一个不寻常的和令人惊讶的属性。虽然是活跃在细胞在果蝇的整个发展身体,它似乎是由所有的果蝇的八个Hox基因。

“无处不在的vvI1 + 2 DNA片段在整个发展中果蝇,结合每个Hox基因触摸它,使它理想的系统研究Hox基因家族,“说卡洛斯Sánchez-Higueras,博士,博士后Hombrí实验室和论文的第一作者。“在这个单一的DNA片段,我们有完美的工具;现在我们可以设计一个方法来系统地操纵vvI1 + 2活动,看看每个Hox基因的功能。”

首先,博士Sánchez-Higueras联手Zuckerman曼在哥伦比亚大学博士的研究所和使用复杂的计算机算法叫做阅读掉队,或NRLB。NRLB最近由曼博士,他的实验室,和他的合作者,包括哥伦比亚大学系统生物学教授Harmen Bussemaker,博士学位。这种强大的算法确定了地点转录因子结合的DNA,即使这些结合位点很弱,难以捕捉。在这项研究中,研究人员关注Hox转录因子和Hox代数余子式结合vvI1 + 2。

“我们的分析提供了一个精确的路线图Hox结合位点在vvI1 + 2,然后我们可以适用于果蝇,”曼博士说,他也是希金斯教授生物化学和分子生物物理学(在系统生物学)在哥伦比亚瓦大学的内科医生和外科医生。

采用优雅生活的遗传操作的组合,或体内,飞的胚胎,加上先进的生化和计算分析,研究人员可以系统地操纵Hox目标活动的前所未有的水平精度。

“我们现在有一个起点的系统解码Hox基因调控,”博士说Hombrí,“罗塞塔石碑的帮助我们解读身体发展的基因。”

研究人员发现特别有前途的,因为他们可以应用于整个基因组。Hox基因的步骤进行调节vvI1 + 2可以通知Hox基因如何调节其他DNA,不仅在果蝇除了——包括在脊椎动物,如哺乳动物,甚至人类。

“虽然有很多关于Hox基因还有待阐明,我们的工作是向前迈出的重要一步,”博士说Sánchez-Higueras。”这些持续的努力,加上我们的同行,将有助于阐明整个系统是如何工作在胚胎发育以及它们如何有助于疾病。”

参考:Sanchez-Higueras et al . 2019。生物“罗塞塔石碑”让科学家更接近解密身体如何。自然通讯。DOI:https://doi.org/10.1038/s41467 - 019 - 11416 - 1。

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