Почти половина наших последовательностей ДНК состоит из прыгающих генов, также известных как транспозоны. Они прыгают по геному в развивающихся сперматозоидах и яйцеклетках и важны для эволюции. Но их мобилизация также может вызывать новые мутации, приводящие к таким заболеваниям, как гемофилия и рак. Удивительно мало известно о том, когда и где происходят их движения в развивающихся половых клетках, ключевой процесс, который обеспечивает их размножение в будущих поколениях, но может привести к генетическим нарушениям у хозяев..
Чтобы решить эту проблему, группа исследователей Карнеги разработала новые методы отслеживания мобилизации прыгающих генов. Они обнаружили, что в течение определенного периода развития яйцеклетки группа прыгающих генов, называемых ретротранспозонами, захватывает специальные клетки, называемые питающими клетками, которые питают развивающиеся яйца. Эти прыгающие гены используют питающие клетки для производства инвазивного материала (своих копий, называемых вирусоподобными частицами), который перемещается в ближайшую яйцеклетку, а затем мобилизуется в ДНК яйцеклетки. Исследование опубликовано в онлайн-выпуске Cell от 26 июля.
Животные невольно разработали мощную систему подавления активности прыгающих генов, которая использует малые некодирующие РНК, называемые пиРНК, которые распознают прыгающие гены и подавляют их активность. Иногда прыгающим генам все же удается двигаться, что указывает на то, что они используют какую-то особую тактику, чтобы избежать контроля piRNA. Однако отследить мобилизацию прыгающих генов, чтобы понять их тактику, было непростой задачей.
Команда Карнеги разработала подходы к отслеживанию движений прыгающих генов с помощью плодовой мушки Drosophila melanogaster. Чтобы облегчить свои исследования, они нарушили супрессию piRNA, чтобы увеличить активность этих прыгающих генов, а затем отслеживали их движение в процессе развития яйца. Это привело их к открытию тактики, позволяющей перемещать прыгающие гены.
Соавтор Карнеги Чжао Чжан объяснил: «Мы были очень удивлены тем, что эти прыгающие гены почти не перемещаются в стволовых клетках, которые производят развивающиеся яйцеклетки, возможно, потому, что стволовые клетки будут иметь только две копии генома для этих прыгающих Вместо этого эти подвижные элементы использовали опорные клетки-питомники, которые могли обеспечить до тысячи копий генома на клетку, в качестве фабрик для массового производства вирусоподобных частиц, способных к интеграции. Однако они не интегрировались в питающие клетки. скорее, они ждали, пока их транспортируют во взаимосвязанную яйцеклетку, а затем добавляли сотни, если не тысячи, новых копий себя в ДНК яйцеклетки. Наше исследование показывает, как паразитические генетические элементы могут рассчитывать свою активность и различать разные типы клеток, чтобы надежно размножаться, стимулируя эволюционные изменения и вызывая болезни».
Моя группа обнаружила, что развитие яйца у млекопитающих использует многие из тех же механизмов, что и у плодовой мушки, например, питание развивающегося яйца с помощью питающих клеток. эволюция и болезни», - прокомментировал Аллан Спрэдлинг, который является пионером в изучении развития яиц у плодовых мушек и млекопитающих, а также многолетний научный сотрудник отдела эмбриологии Карнеги..
С тех пор, как Барбара МакКлинток из Карнеги внесла основополагающий вклад в открытие прыгающих генов более шести десятилетий назад, мы не смогли понять, как они мобилизуются, когда животные готовятся к своему следующему поколению. Теперь младшая исследовательская группа, возглавляемая наш сотрудник Чжао Чжан сделал важный шаг к решению этой давней загадки», - отметил Исянь Чжэн, директор отдела эмбриологии Карнеги.