Исследователи выявили генетические «переключатели» роста костей

Учёные из Женевского университета (UNIGE) определили генетические последовательности, которые регулируют активность генов, ответственных за рост костей. Это открытие помогло установить основные факторы, влияющие на рост взрослого человека, и объяснить, почему могут возникнуть пороки развития костей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

У млекопитающих кодирующие гены, которые при транскрипции обеспечивают биологические функции организма и внутриутробное развитие будущих особей, составляют только 3% генома. Но гены не функционируют в одиночку: они контролируются последовательностями, называемыми энхансерами, которые, подобно переключателям, по мере необходимости активируют их или деактивируют.

Команда из Женевского университета идентифицировала 2 700 энхансеров среди миллионов некодирующих генетических последовательностей, которые регулируют гены, ответственные за рост костей.

Гийом Андрей (Guillaume Andrey), доцент кафедры генетической медицины и развития медицинского факультета UNIGE и Женевского института генетики и геномики (Geneva Institute of Genetics and Genomics (IGE3)), руководитель исследования, объясняет: «Короткие последовательности ДНК, известные как энхансеры, дают сигнал для транскрипции ДНК в РНК, которая затем транслируется в белки. Хотя гены, регулирующие формирование костей, и их расположение в геноме, уже хорошо известны, об их переключателях мы знаем мало.»

Исследователи разработали инновационную экспериментальную методику, отмеченную в 2023 году премией Швейцарского центра компетенции 3R (Swiss 3R Competence Center Prize). Она позволяет получить мышиные эмбрионы, являющиеся носителями точной генетической конфигурации мышиных стволовых клеток.

«Флуоресцентная костная ткань экспериментальных эмбрионов мышей чётко визуализируется, это даёт возможность изолировать интересующие нас клетки и проанализировать, как энхансеры работают во время развития костей», — объясняет Фабрис Дарбелле (Fabrice Darbellay), постдок из лаборатории профессора Андрея.

Команда наблюдала за активностью хроматина во флуоресцентных костных клетках. Используя маркеры активации генов, учёные смогли точно определить, какие регуляторные последовательности включились, чтобы контролировать гены, ответственные за формирование костной ткани. Чтобы подтвердить своё открытие, исследователи избирательно деактивировали энхансеры, не затрагивая кодирующий ген.

«Мы наблюдали потерю активации рассматриваемых генов: это указывает на то, что мы идентифицировали правильные переключатели, и они действительно имеют решающее значение для полноценного функционирования гена», — объясняет Дарбелле.

Из 2 700 переключателей, выявленных у мышей, 2 400 обнаружены и у людей. «Каждая хромосома представляет собой длинную нить ДНК. Как жемчуг на ожерелье, энхансеры и гены, которыми они управляют, образуют маленькие шарики ДНК на одной и той же хромосомной нити. Именно эта физическая близость позволяет им взаимодействовать таким образом», — делится Андрей.

Вариации в активности этих областей также могут объяснить различия в росте людей: активность костных клеток действительно влияет на размер костей и, следовательно, на рост.

Многие заболевания костей не связаны с мутацией, затрагивающей последовательность известного гена, – причину их возникновения можно найти в некодирующих, но регуляторных участках генома. Более того, сбой в работе этих пока ещё малоизученных генетических переключателей способен привести и к другим патологиям развития.

Источник: https://medicalxpress.com/news/2024-06-scientists-genetic-bone-growth.html