Kako zarodne celice med razvojem vedo, kdaj in kje morajo oblikovati nos, čeljust ali ušesa, ostaja eno ključnih vprašanj razvojne biologije. Zdaj raziskovalci z Inštituta Friedricha Miescherja za biomedicinske raziskave poročajo o novem mehanizmu, ki pomaga usmerjati ta proces že dolgo pred aktivacijo ključnih genov.
Študija, objavljena v reviji Nature Communications, kaže, da skupina beljakovin Polycomb ne deluje le kot zaviralec genov, kot so znanstveniki dolgo domnevali, temveč tudi kot nekakšen tridimenzionalni organizator genoma med zgodnjim razvojem obraza.
Geni in “stikala” DNK morajo najti pravo povezavo
Med zgodnjim embrionalnim razvojem posebna skupina migracijskih celic, imenovana celice kranialnega nevralnega grebena, tvori številne obrazne strukture, vključno z nosom, čeljustjo, ušesi in grlom.
Da bi se obraz pravilno razvil, se morajo posamezni geni aktivirati ob točno določenem času in v pravih celicah. Težava pa je, da se genska “stikala”, znana kot ojačevalci, pogosto nahajajo daleč stran od genov, ki jih nadzorujejo.
Raziskovalci so zato želeli razumeti, kako celice med razvojem vzpostavijo te povezave.
Ekipa pod vodstvom Filippa Rijlija je pri miših spremljala razvoj celic nevralnega grebena med migracijo in postopnim prevzemanjem različnih identitet. Ugotovili so, da Polycomb že precej pred aktivacijo genov fizično organizira genom tako, da približa oddaljene regije DNK, ki bodo kasneje sodelovale pri vklopu razvojnih programov.
Polycomb pripravi genom še pred aktivacijo genov
Po ugotovitvah raziskave so številni geni, povezani z razvojem obraza, sprva v nekakšnem vmesnem stanju: Polycomb jih zadržuje v neaktivni obliki, hkrati pa jih ohranja pripravljene za hitro aktivacijo.
Ko migrirajoče celice dosežejo cilj in prejmejo lokalne razvojne signale, se organizacija DNK preoblikuje. Geni, ki se morajo vključiti, prekinejo povezave z omrežji Polycomb in vzpostavijo nove stike z oddaljenimi ojačevalci DNK.
Prav ti novi stiki nato sprožijo programe, potrebne za nastanek specifičnih obraznih struktur.
Raziskovalci so dodatno preverili pomen tega sistema z odstranitvijo beljakovine Ezh2, ene ključnih komponent Polycomba. V tem primeru se del genov ni aktiviral pravilno, drugi pa so se vklopili na napačnih mestih.
Odkritje bi lahko pomagalo razumeti razvojne motnje
Filippo Rijli poudarja, da bi lahko šlo za širši biološki mehanizem, saj so podobne strukture DNK, organizirane s Polycombom, že opazili tudi v embrionalnih matičnih celicah.
Njegova raziskovalna skupina zdaj preučuje, kako celice preidejo iz tega “pripravljenega” stanja v aktivno tridimenzionalno organizacijo genoma, ki omogoča natančen vklop genov med razvojem.
Raziskovalci domnevajo, da bi lahko takšne že vnaprej vzpostavljene mreže DNK pomagale celicam zelo natančno določiti, kdaj in kje se odzvati na razvojne signale. Tudi majhne spremembe v aktivnosti teh genov bi lahko vplivale na končno obliko obraza.
Ugotovitve bi lahko v prihodnje pomagale bolje razumeti prirojene kraniofacialne razvojne motnje in mehanizme, ki usmerjajo zgodnji razvoj človeškega telesa.
