Каждый сам за себя: во время эмбриогенеза дрозофилы гены не делятся РНК-полимеразами

Существует несколько моделей активации генов в раннем эмбриональном развитии. Некоторые исследования показали, что гены активируются в составе кластеров и делят между собой регуляторные факторы. Тем не менее, многие из этих работ опираются на биохимические методы, а не на визуализацию ядра и активирующихся генов.

Ученые из Университета Нью-Йорка и Принстонского университета задались вопросом, действительно ли существует кооперация между активирующимися генами в раннем эмбриогенезе. При помощи современных методов микроскопии авторы визуализировали ядра клеток эмбрионов дрозофилы спустя 1,5 час после оплодотворения. В этот период происходит первая волна активации генов.

Один из ключевых белков запуска транскрипционной активности генов — фактор Zelda, рекрутирующий РНК-полимеразу II. При помощи иммуноцитохимического окрашивания ученые визуализировали спеклы РНК-полимеразы в условиях отсутствия фактора Zelda и в контрольных клетках.

В клетках дикого типа авторы выявили большое количество дискретных спеклов РНК-полимеразы II. Два спекла в каждом ядре были заметно больше, чем остальные, и представляли собой тельца гистоновых локусов — скопления транскрипционных факторов, отвечающих за транскрипцию и процессинг гистоновых РНК.

Отсутствие фактора Zelda приводит к тому, что спеклов становится значительно меньше, но тельца гистоновых локусов были даже больше по размеру. Это говорит о том, что РНК-полимераза импортируется в ядро в обоих типах клеток, но ее активация выше в контрольных клетках благодаря присутствию фактора Zelda.

Далее при помощи флуоресцентной гибридизации in situ авторы показали, что спеклы РНК-полимеразы II, рассредоточенные по всему ядру, отражают активность отдельных генов, а не их кластеров. В отсутствие фактора Zelda количество фокусов заметно снижалось, так как активация многих генов полностью от него зависит.

Также авторы задались вопросов, как пространственно расположены спеклы РНК-полимеразы в ядре. Они показали, что спеклы равномерно рассредоточены по ядру, и такая пространственная организация не зависит от фактора Zelda. В его отсутствие спеклов было меньше, и они были более удалены друг от друга.

Таким образом, ученые показали роль фактора Zelda в запуске транскрипции генов в ходе эмбриогенеза дрозофилы и предположили новую модель активации генов. Эта «индивидуалистская» модель отличается от ранее существовавшей «коллективистской», которая предполагает, что гены собираются с кластеры и делят между собой транскрипционную машинерию. Вместо этого авторы показали, что каждый из генов имеет свое собственное пространство и инструменты для активации, такие как РНК-полимераза II.