Исследователи проанализировали видео эмбрионов мухи Дрозофилы, подвергающихся транскрипции ДНК, первому шагу в активации генов, чтобы сделать белки. В исследовании, опубликованном в журнале Cell on July 14, исследователи нашли, что размещение усилителей в различных положениях относительно их целевых генов привело к разительным переменам в частоте взрывов.«Важность транскрипционных взрывов спорна», сказали Майкл Левин, Энтони Б. Эвнин Принстона ’62 профессора в Геномике и директор Института Льюиса-Сиглера Интегральной Геномики. «В то время как наше исследование не доказывает, что все гены подвергаются транскрипционному разрыву, мы действительно находили, что каждый ген, на который мы смотрели, показал разрыв, и это критические гены, которые определяют то, чем эмбрион собирается стать.
Если мы видим разрыв здесь, разногласия, мы собираемся видеть его в другом месте».Транскрипция ДНК происходит, когда фермент, известный как полимераза РНК, преобразовывает кодекс ДНК в соответствующий кодекс РНК, который позже переведен на белок.
Исследователи были озадачены, чтобы найти приблизительно десять лет назад, что транскрипция может быть спорадической и переменной, а не гладкой и непрерывной.В текущем исследовании, Такаши Фукая, товарище постдиссертации, и Бомие Лиме, партнер постдиссертации, обе работы с Левином, исследовал роль усилителей на транскрипционном разрыве. Усилители, как признают связывающие белки ДНК, увеличивают или уменьшают темпы транскрипции, но точные механизмы плохо поняты.До недавнего времени визуализация транскрипции в живущих эмбрионах была невозможна из-за пределов в чувствительности и разрешении оптических микроскопов.
Новый метод развивался, три года назад теперь сделал это возможным. Техника, развитая двумя отдельными исследовательскими группами, один в Принстоне во главе с Томасом Грегором, адъюнкт-профессором физики и Института Льюиса-Сиглера Интегральной Геномики, и другим во главе с Натали Достатни в Институте Кюри в Париже, включает помещающие флуоресцентные признаки на молекулах РНК, чтобы сделать их видимыми под микроскопом.Исследователи использовали этот метод живого отображения, чтобы изучить эмбрионы мухи в ключевой стадии в их развитии, спустя приблизительно два часа после начала эмбриональной жизни, где гены подвергаются быстрой и разъяренной транскрипции в течение приблизительно одного часа.
В этот период исследователи наблюдали значительное сползание разрыва, в котором ферменты полимеразы РНК провернули недавно расшифрованный сегмент РНК каждые 10 или 15 секунд в течение, возможно, 4 или 5 минут за взрыв. Гены тогда расслабились в течение нескольких минут, сопровождаемых другим эпизодом разрыва.Команда тогда смотрела на то, влияло ли местоположение усилителя – или выше гена или вниз по течению – на объем разрыва. В двух различных экспериментах Fukaya поместил усилитель или вверх по течению покровителя гена, или вниз по течению гена и видел, что различные положения усилителя привели к отличным ответам.
Когда исследователи поместили усилитель вниз по течению гена, они наблюдали периодические взрывы транскрипции. Однако, когда они поместили усилитель вверх по течению гена, исследователи видели некоторые колебания, но никакие дискретные взрывы.
Они нашли это, чем ближе усилитель покровителю, тем более частый разрыв.Чтобы подтвердить их наблюдения, Лим применил дальнейшие методы анализа данных, чтобы соответствовать объему разрыва этого, они видели в видео. Команда нашла, что частота взрывов была связана с силой усилителя в upregulating экспрессии гена. Сильные усилители произвели больше взрывов, чем слабые усилители.
Команда также показала, что вставка сегмента DNA, названной изолятором, сократила количество взрывов и ослабила экспрессию гена.Во второй серии экспериментов Fukaya показал, что единственный усилитель может активировать одновременно два гена, которые расположены некоторое расстояние обособленно на геноме и имеют отдельных покровителей. Первоначально считалось, что такой усилитель облегчит разрыв в одном покровителе за один раз – то есть, это прибыло бы в покровителя, задержалось бы, произвело бы взрыв и оторвалось бы.
Затем это было бы беспорядочно избранный из этих двух генов для другого раунда разрыва. Однако то, что вместо этого наблюдалось, разрывало появление одновременно в обоих генах.«Мы были удивлены этим результатом», сказал Левин. «Назад к исходной точке!
Это означает, что традиционные модели для взаимодействий перекручивания покровителя усилителя просто не совсем правильны», сказал Левин. «Может случиться так, что покровители могут двинуться в усилитель из-за формирования хромосомных петель. Это – следующая область, которая исследует в будущем».