Рыбка данио является важным модельным организмом в биологии. Мы разделяем 70% наших генов с этими крошечными тропическими рыбками, и известно, что более 80% человеческих генов, связанных с болезнями, имеют аналоги у рыбок данио. Кроме того, была идентифицирована полная последовательность их генома, и выращивать рыбу эффективнее, чем мышей.
Их развитие, однако, немного отличается от развития млекопитающих. Хотя рыбы, как и все позвоночные, размножаются половым путем, оплодотворение яйцеклетки является внешним, так как и яйцеклетка, и сперматозоиды попадают в воду. Несмотря на это важное различие, большинство последовательностей, участвующих в синтезе белка, связанном с эмбриональным развитием и регулирующим его, консервативны у разных видов.
Это означает, что некоторые из основных строительных блоков, которые дают клеткам инструкции о том, как строить живой организм, сохраняются у разных видов. Вместо того, чтобы избавиться от этих последовательностей, эволюция регулирует их экспрессию посредством модификаций геномной ДНК и гистоновых белков, вокруг которых связывается ДНК. Эти «эпигенетические факторы», как их называют ученые, определяют, станут ли гены функциональными или нет, потому что они изменяют химический и/или структурный состав ДНК. Эта регуляция того, что становится тем, что особенно важно, когда организм развивается.
Вот почему группа ученых из Технологического института Токио во главе с профессором Хироши Кимурой приступила к изучению эпигенетических изменений во время развития рыбок данио. По словам профессора Кимуры, «структурная консервация гистонов и важных для транскрипции ферментов (т.э., РНК-полимеразы II), а также тот факт, что эмбрионы рыбок данио прозрачны, делают их идеальной моделью для изучения роли этих модификаций в развитии живых организмов».
Используя маркировку живых эндогенных модификаций на основе fab, или «FabLEM», метод визуализации динамики посттрансляционных модификаций с использованием специфических антител в живых клетках, команда наблюдала активную РНК-полимеразу II во время «зиготической активации генома» (ZGA).), или процесс, во время которого развитие эмбриона находится под контролем зиготы или самого развивающегося эмбриона, а не материнского депонированного материала. Хотя время этого перехода зависит от вида, оно также происходит и у млекопитающих.
Затем команда сравнила изменения в модификации гистонов со временем активации генома. Одним из основных результатов их исследований было то, что ацетилирование, которое происходит на 27-м лизине в гистоне H3 или H3K27, становится концентрированным до активной транскрипции. Визуализация транскриптов самого раннего активированного гена miR-430 вместе с ацетилированием H3K27 подтвердила полученные данные, и ингибитор транскрипции не предотвратил накопление ацетилирования H3K27. Результаты показывают, что ацетилирование H3K27 является эпигенетическим фактором, который пробуждает геном для транскрипции.
Поскольку РНК-полимераза II присутствует у всех видов, этот метод также можно применять для изучения развития других живых организмов. «Это открывает возможность для дальнейших исследований связи между регуляцией транскрипции и организацией ядра», - отмечает профессор Кимура.