Факторы транскрипции определяют, какие гены включаются или выключаются в клетке во время формирования эмбриона, тем самым контролируя тип органа, который будет формировать клетка. Текущее исследование, опубликованное в Cell, отслеживало три фактора транскрипции, которые имеют решающее значение для развития сердца — NKX2-5, TBX5 и GATA4 — и впервые показало, как они взаимодействуют на геномном и физическом уровне.
Мутации в генах, регулирующих эти белки, вызывают врожденные пороки сердца.Чтобы проверить, как факторы транскрипции взаимодействуют во время развития, исследователи создали мышиные эмбрионы, в которых отсутствовал один или два белка. Потеря одного фактора транскрипции привела к известным порокам сердца, в то время как эмбрионы, у которых отсутствовали два фактора транскрипции, почти не имели сердца, что демонстрирует важность обоих факторов.
Затем ученые создали сердечные клетки, в которых отсутствуют те же факторы транскрипции, чтобы исследовать, как их взаимодействия влияют на экспрессию генов. Оказывается, факторы транскрипции во многом похожи на влюбленных подростков; они оказывают сильное влияние друг на друга, и если их разлучить, они попадут в беду. Факторы транскрипции часто располагались рядом друг с другом в геноме и требовали наличия другого для связывания с ДНК. Если один из белков отсутствовал, временами другие факторы транскрипции перестали работать, связываясь с местами в геноме, где они не должны были быть.
Эта миграция включила гены, которые должны были оставаться выключенными, и заставила замолчать другие гены, когда они должны были активироваться.«Факторы транскрипции должны слиться воедино, иначе у другого возникнут проблемы», — говорит первый автор Луис Луна-Зурита, доктор философии, научный сотрудник Гладстона. «Эти факторы транскрипции не только жизненно важны для включения определенных генов, но и их взаимодействие важно для предотвращения попадания друг друга в неправильное место и включения набора генов, который не принадлежит клетке сердца».Где и когда факторы транскрипции связаны с геномом и насколько они зависимы друг от друга, записано в ДНК клетки, которая действует как инструкция, диктуя поведение белков. Изучая правила для этих трех белков, ученые говорят, что они могут вывести правила для других факторов транскрипции, которые также важны для развития сердца.
На последнем этапе ученые из Гладстона в сотрудничестве с исследователями из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) создали кристаллическую структуру, или трехмерное представление, совместного связывания факторов транскрипции в геноме. Структура показала, что белки не только располагались рядом друг с другом на геноме, но и физически соприкасались, как будто они сидели на скамейке и держались за руки.«Кристаллическая структура критически показывает взаимодействие между двумя факторами транскрипции и то, как они влияют на связывание друг друга с определенным участком ДНК», — сказал Кристоф Мюллер, доктор философии, старший научный сотрудник EMBL. «Наш подробный структурный анализ выявил прямую физическую связь между TBX5 и NKX2-5 и продемонстрировал, что ДНК играет активную роль в обеспечении взаимодействия между двумя белками».
Старший автор Бенуа Бруно, доктор философии, заместитель директора Института сердечно-сосудистых заболеваний Гладстона и профессор педиатрии Калифорнийского университета в Сан-Франциско, говорит, что эти результаты имеют важное значение как для врожденных, так и для взрослых сердечных заболеваний. «Генные мутации, вызывающие врожденные пороки сердца, снижают уровни этих факторов транскрипции наполовину, и мы показали, что дозировка этих факторов определяет, какие гены включаются или выключаются в клетке. Другие генетические варианты, вызывающие пороки сердца, такие как аритмии также влияют на функцию этих факторов.
Таким образом, чем лучше мы понимаем эти факторы транскрипции, тем ближе мы подходим к лечению сердечных заболеваний. Наши коллеги из Gladstone используют эти знания для поиска небольших молекул, которые могут влиять на регуляцию генов и обратить вспять некоторые проблемы, вызванные потерей этих факторов транскрипции ».