Искусственные гены помогли узнать, как стволовые клетки «понимают», в кого им превращаться

Практически всем высокоорганизованным животным свойственна билатеральная симметрия, то есть они имеют одну плоскость, относительно которой их тела зеркально симметричны. Через их тело также можно провести передне-заднюю ось, идущую от головы к хвосту. Во время эмбрионального развития движение клеток вдоль этой оси регулируется Hox-генами: они обеспечивают то, что все органы, ткани и конечности разовьются в правильных местах. Когда в результате мутаций Hox-гены выходят из строя, появляются врожденные дефекты.

Hox-гены организованы в плотные кластеры и расположены в той части ДНК, где отсутствуют другие гены и повторяющиеся элементы генома. Это сильно затрудняет изучение Hox-генов с помощью стандартных методов редактирования генов, поскольку изменение одного Hox-гена может затронуть соседний.

Для решения этой проблемы ученые из Нью-Йоркского университета (США) создали искусственные Hox-гены и выяснили, какая наименьшая единица генома необходима клетке, чтобы узнать свое место в организме. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Ранее специалисты уже создавали полностью синтетический геном дрожжей, теперь же они перенесли эту технологию и на клетки млекопитающих. Авторы статьи создавали длинные нити синтетической ДНК, содержащие последовательности Hox-генов мыши с разнообразными мутациями, и вводили их в стволовые клетки животных.

У млекопитающих Hox-кластеры окружены регуляторными областями генома, которые контролируют их активацию. До сих пор оставалось неизвестно, достаточно ли клетке одного только Hox-кластера, чтобы определить свое место в организме, или для этого требуются другие элементы генома. Оказалось, клеткам достаточно одних кластеров Hox-генов.

Создание синтетической ДНК и искусственных генов прокладывает путь для будущих исследований развития организмов. Разные виды животных имеют самую разную форму тела, которая зависит в том числе от работы Hox-генов. Поэтому исследования Hox-кластеров помогут понять, как появилось такое впечатляющее разнообразие жизненных форм. Кроме того, новая технология будет полезна для изучения генетических болезней, поскольку позволит создавать модельную ДНК в лабораторных условиях.