Потеря энхансера гена Pitx1 приводит к нарушению развития задних конечностей из-за перестройки хроматина

Многие гены, участвующие в развитии организма, контролируются несколькими энхансерами, мишени которых нередко перекрываются. Авторы новой работы, опубликованной в Nature Communications, показали, что в случае гена Pitx1, задействованного в развитии задних конечностей, утрата одного энхансера из четырех приводит к серьезным нарушениям в эмбриональном развитии из-за перестройки хроматина.

Экспрессия гена Pitx1 в задних конечностях и других тканях находится под контролем четырех энхансеров, причем пространственная структура хроматина в области гена Pitx1 в передних конечностях, где он неактивен, и задних, где он активен, фундаментально различается. В случае задних конечностей организация хроматина в области Pitx1 такова, что он взаимодействует со всеми четырьмя контролирующими его энхансерами. Известно, что утрата активности одного из этих энхансеров, Pen, сокращает экспрессию Pitx1 на 35–50%.

Чтобы изучить влияние Pen на экспрессию Pitx1 в разных клетках, авторы нового исследования секвенировали РНК единичных клеток из почек задних и передних конечностей у мышиных зародышей дикого типа, у зародышей без энхансера Pen, а также почек задних конечностей зародышей, лишенных обеих копий гена Pitx1. Принято считать, что в задних конечностях Pitx1 активен во всех клетках. Но оказалось, что в 8% клеток (мезенхимальных, иммунных, эндотелиальных, мышечных и эпителиальных) он не экспрессировался. Наибольший уровень экспрессии Pitx1 поддерживается в задних конечностях в клетках проксимальных кластеров.

Авторы работы показали, что на уровень экспрессии Pitx1 большое значение оказывает локальный ландшафт хроматина. Изменения в уровне экспрессии Pitx1, наблюдающиеся в разных клетках задних конечностях, коррелируют с открытостью хроматина в области цис-регуляторных элементов. Ученые отметили, что на уровень экспрессии Pitx1 влияют не отдельные энхансеры, а окружающий ландшафт хроматина как единое целое.

Делеция энхансера Pen приводит к тому, что доля клеток в задних конечностях, которые не экспрессируют Pitx1 или экспрессируют его на низком уровне, возрастает. На уровне целой конечности делеция Pen нарушает формирование нерегулярной соединительной ткани, что в конечном итоге приводит к развитию косолапости.