Zrozumienie, w jaki sposób geny są regulowane w żywych organizmach, ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia rozwoju i funkcjonowania komórek. Sercem tego procesu znajdują się czynniki transkrypcyjne (TFS), białka, które pomagają włączać lub wyłączać określone geny, wiążąc się z poszczególnymi regionami DNA zwanymi jako wzmacniacze. Wizualizacja tych interakcji w jądrze komórkowym była znaczącym wyzwaniem, wymagającym wyrafinowanych technik, aby zobaczyć, gdzie i jak oddziałują te białka. Nowa technika umożliwia teraz obserwowanie tych interakcji białkowych bezpośrednio w jądrach gruczołów larwalnych Drosophila, rzucając światło na zawiły taniec cząsteczek, który napędza regulację genów.
Nowe podejście eksperymentalne opracowali naukowcy z Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon na University of Lyon, prowadzone przez dr Samira Merabet wraz z dr Solène Vanderperre, do badania interakcji białkowych w jądrach Drosophila Larval Glands. Ta nowatorska metoda, zwana biforem, łączy bimolekularną fluorescencję (BIFC) z bakteryjnym systemem znakowania DNA. Ich ustalenia zostały opublikowane w czasopiśmie komórki.
Dr Merabet wyjaśnił, że ta nowa technika pozwala na precyzyjną kwantyfikację dimerycznych kompleksów białkowych na specyficznych wzmacniaczach w jądrach gruczołu ślinowego Drosophila. Celem badania było odszyfrowanie wskazówek molekularnych leżących u podstaw specyficzności TF in vivo, kluczowego aspektu regulacji genów.
Naukowcy zastosowali BIFC, technikę, która została szeroko stosowana do ujawnienia interakcji białko-białko (PPI) w różnych systemach modelowych, w tym w żywych zarodkach Drosophila. Jednak wizualizacja PPI na poziomie specyficznych wzmacniaczy docelowych lub regionów genomowych wymagała nadejścia nowych metod znakowania DNA. Wprowadzenie systemu zakotwiczenia umożliwia precyzyjną lokalizację i kwantyfikację tych interakcji bez zakłócania regulacji transkrypcji.
Znaczące wyniki uzyskano przy użyciu dobrze scharakteryzowanego wzmacniacza genu selektora gruczołu ślinowego Widelec (FKH250) jako model. Ten wzmacniacz jest regulowany przez COMB płci białka HOX zmniejszonego (SCR) w związku z kofaktorem ekstradenticle (EXD). Naukowcy wykazali, że kompleksy SCR/EXD są szczególnie wzbogacone na wzmacniacz FKH250 w jądrach gruczołu ślinowego, potwierdzając wcześniejsze wyniki in vitro i in vivo.
Badanie ujawniło, że sygnały BIFC zostały znacząco wzbogacone o parb1 – mcherry, składnik systemu kotwicy, wykazując preferencyjną lokalizację na temat FKH250 wzmacniacz. Kwantyfikacja tych sygnałów wykazała, że wzbogacenie było specyficzne dla kompleksów SCR/EXD, ponieważ nie zaobserwowano znaczącego wiązania z innym kompleksem HOX/EXD lub samym SCR (kofaktor EXD jest wymagany, aby pomóc SCR rozpoznawać jego docelowe FKH250 wzmacniacz).
Czułość i swoistość techniki bifora zostały dodatkowo potwierdzone przez analizę dwóch dodatkowych wariantów FKH250 Enhancer: wersja zmutowana (FKH250MUT) i wersja konsensusowa (FKH250Wady). . FKH250MUT wzmacniacz, z mutacjami unieważniającymi wiązanie HOX/EXD, nie wykazywał znaczącego wzbogacenia sygnałów BIFC, podczas gdy FKH250Wady Enhancer, który umożliwia rozpoznanie przez różne kompleksy HOX/EXD, wykazywał znaczne wzbogacenie.
Badanie to ustanawia eksperymentalną podstawę przyszłych zastosowań strategii biforowej, które można zastosować do innych tkanek podczas rozwoju Drosophila i potencjalnie do innych organizmów modelowych. Odkrycia podkreślają potencjał bifora jako potężnego narzędzia do wizualizacji i kwantyfikacji dynamiki kompleksu białkowego w określonych regionach DNA, zapewniając głębsze wgląd w mechanizmy molekularne regulacji genów.
Dr Merabet stwierdził: „Nasza praca pokazuje, że bifor może podsumować specyficzne rozpoznawanie wzmacniaczy docelowych poprzez dimeryczny kompleks białkowy w jądrach gruczołów ślinowych”. Wszechstronność i wrażliwość techniki sprawiają, że jest to obiecujące podejście do przyszłych badań mających na celu odkrycie złożoności interakcji czynników transkrypcyjnych i regulacji genów.
Badania dr Merabeta i dr Vanderperre’a oznaczają znaczący postęp w dziedzinie biologii molekularnej, zapewniając nową metodologię do zbadania dynamicznych interakcji białek w jądrze. To innowacyjne podejście ma potencjał odkrywania nowych aspektów regulacji genów i specyficzności czynnika transkrypcyjnego, torując drogę do przyszłych odkryć w biologii rozwojowej i genetyce.
Referencje dziennika
Vanderperre, Solène i Samir Merabet. „Wizualizacja powiązania dimerycznych kompleksów białkowych na specyficznych wzmacniaczach w jądrach gruczołów ślinowych larwy Drosophila”. Komórki, 2024. DOI: https://doi.org/10.3390/cells13070613
O autorze
Dr. Samir Meerabet jest dyrektorem badawczym CNRS (Center National de Rechherche Scientifique). Zrobił doktorat w Marsylii w Institut de Biologie de Développement de Marsylia (IBDM, Francja) i pracują podoktoranckie w Biozentrum (Bazylea, Szwajcaria). W IGFL ustalił swoją grupę „Ontogeneza i interakcje molekularne” (Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon, Francja) w 2012 r. Samir Merabet zawsze fascynował konserwowaną rodzinę regulatorów rozwojowych, białek HOX. Jego doktorat i praca postoktorska poświęcono zrozumieniu ich wewnętrznych właściwości molekularnych w rozwoju i ewolucji. Od czasu instalacji w IGFL grupa Samir Merabet opracowuje innowacyjne narzędzia do przechwytywania i badania interakcji białko białko białek HOX i innych głównych regulatorów rozwoju w różnych systemach modelowych, w tym żyć Drosophila Zarodki lub larwy i komórki ludzkie.
