Брэд Кэрнс, доктор философии, старший директор по фундаментальным наукам и профессор и заведующий кафедрой онкологических наук Университета США, и его коллеги, в том числе доктор наук Патрик Мерфи, использовали в этой работе рыбок данио, модельную систему, которая сохраняет значительное сходство с человеческим. разработка. Они продемонстрировали, что сегменты ДНК (гены), важные для контроля развития, упакованы в физические структуры, которые помогают «включать» и «выключать» гены на разных стадиях развития.
Эти физические структуры служат платформами, которые помогают активировать или уравновесить эти гены, если это необходимо, для нормального развития. Исследователи также идентифицировали белковые машины, которые помещают эти физические структуры в геном, и белки, которые их удаляют, чтобы обеспечить их правильное размещение и функцию. Эта работа основана на нескольких предыдущих исследованиях лаборатории Кэрнса, которые показывают, как гены подготавливаются к различным аспектам эмбрионального развития.«Ключевой вопрос в эмбриональном развитии заключается в том, как ранний эмбрион достигает состояния тотипотентности, которое он демонстрирует, — то есть способности превращаться в любой тип клетки тела. гены в особом физическом состоянии, которое помогает их идентифицировать и регулировать », — объясняет Кэрнс.
Исследователи давно пытались лучше понять, могут ли гены от мамы и папы быть упакованы таким образом, чтобы это влияло на экспрессию и развитие эмбриона, и как эти состояния упаковки поддерживаются или перепрограммируются в процессе развития. Это исследование идентифицирует эту упаковку, называемую гистоновым вариантом H2AFV, и обеспечивает механизм наследования упаковки генов, и, следовательно, имеет важное значение для потенциала развития и наследования. Примечательно, что хотя первоначальная упаковка генов в отцовской сперме несколько отличается от упаковки в материнской яйцеклетке, материнская упаковка, как было показано, перепрограммировалась на то же состояние упаковки отцовского генома, таким образом гармонизируя состояния упаковки от родителей в раннем эмбрионе. достичь того же состояния клеточного развития.
Последствия этой работы включают возможный механизм того, как факторы окружающей среды — например, курение — могут влиять на наследование признаков, влияя на то, как упакованы гены развития. «Эти состояния упаковки помогают определить, экспрессируются ли гены при нормальном развитии и каким образом. Неправильная регуляция таких генов может привести к нарушениям развития и, возможно, к предрасположенности к раку», — говорит Кэрнс. «Лучшее понимание того, что происходит при нормальном развитии, открывает новые возможности для выявления предшественников таких заболеваний, как рак, когда развитие клеток идет наперекосяк».