Транскрипционные факторы диктуют, какие гены включены или выключены в клетке во время формирования эмбриона, таким образом управляя типом органа, который сформирует клетка. Текущее исследование, опубликованное в Клетке, отследило три транскрипционных фактора, которые крайне важны для сердечного развития – NKX2-5, TBX5, и GATA4 – и показали впервые, как они взаимодействуют на геномном и физическом уровне. Мутации в генах, которые регулируют эти белки, вовлечены во врожденную болезнь сердца.
Чтобы проверить, как транскрипционные факторы взаимодействуют во время развития, исследователи создали эмбрионы мыши, которые отсутствовали один или два из белков. Потеря одного транскрипционного фактора привела к известным порокам сердца, в то время как у эмбрионов, пропускающих два транскрипционных фактора, не было почти сердца, демонстрируя важность обоих факторов. Затем, ученые создали сердечные клетки, пропускающие те же самые транскрипционные факторы, чтобы заняться расследованиями, как их взаимодействия затрагивают экспрессию гена. Оказывается, что транскрипционные факторы много похожи на любящих подростков; они оказывают сильное влияние друг на друга, и если они отделены, они получают себя в проблему.
Транскрипционные факторы часто сидели рядом друг с другом на геноме и потребовали, чтобы присутствие другого связало с ДНК. Если бы один из белков отсутствовал, время от времени то другие транскрипционные факторы пошли бы жулик, связав с местами на геноме, где они, как предполагалось, не были. Эта миграция включила гены, которые, как предположилось, оставались выключенными и заставили другие гены замолчать, когда они должны были быть активированы.«Транскрипционные факторы должны склеиться, или иначе другой идет и попадает в беду», говорит первый автор Луис Луна-Сурита, доктор философии, постдокторант в Gladstone. «Не только эти транскрипционные факторы, жизненно важные для включения определенных генов, но их взаимодействие важно, чтобы помешать друг другу идти в неправильное место и включить ряд генов, который не принадлежит сердечной клетки».
Где и когда транскрипционные факторы, связанные с геномом и насколько зависимый они были друг на друге, написаны в ДНК клетки, которая действует как инструкция по эксплуатации, диктуя поведение белков. Изучая правила для этих трех белков, ученые говорят, что они могут вывести правила других транскрипционных факторов, которые также важны для сердечного развития.
В заключительном шаге ученые Gladstone сотрудничали с исследователями от European Molecular Biology Laboratory (EMBL), чтобы создать кристаллическую структуру или 3D представление, co-закрепления транскрипционных факторов на геноме. Структура показала, что белки не только сидели друг около друга на геноме, но и они были также физически трогательны, как они сидели на скамье и держали руки.«Кристаллическая структура критически показывает взаимодействие между двумя из транскрипционных факторов и как они влияют на закрепление друг друга с определенным протяжением ДНК», сказал Кристоф Мюллер, доктор философии, старший научный сотрудник из EMBL. «Наш подробный структурный анализ показал прямую физическую связь между TBX5 и NKX2-5 и продемонстрировал, что ДНК играет активную роль в посредничестве взаимодействия между этими двумя белками».
Ведущий автор Бенуа Бруно, доктор философии, заместитель директора Института Кожаного саквояжа Сердечно-сосудистого заболевания и преподаватель педиатрии в Калифорнийском университете, Сан-Франциско, говорят, что эти результаты имеют важные последствия и для врожденной и для взрослой болезни сердца. «Генные мутации, которые вызывают врожденную болезнь сердца, понижают уровни этих транскрипционных факторов наполовину, и мы показали, что дозировка этих факторов определяет, какие гены включены или выключены в клетке. Другие генетические варианты, которые вызывают пороки сердца как аритмии также, затрагивают функцию этих факторов.
Поэтому, чем лучше мы понимаем эти транскрипционные факторы, тем ближе мы придем к лечению болезни сердца. Наши коллеги в Gladstone используют это знание, чтобы искать маленькие молекулы, которые могут затронуть регуляцию генов и полностью изменить некоторые проблемы, вызванные потерей этих транскрипционных факторов».